KR20180035351A - 암모니아 제거 장치 및 제거 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흡착제를 이용한 암모니아 제거 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치 및 방법을 이용하여 암모니아를 제거하는 경우, 기존 습식 스크러버를 이용한 경우와 달리 폐액 등이 배출되지 않는 장점이 있으며, 흡착제의 재생으로 설비의 크기가 크지 않은 장점이 있다.

Description

암모니아 제거 장치 및 제거 방법{Method and apparatus for removal of ammonia}
본 발명은 암모니아를 효율적으로 분리 후 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체의 제조 시에는 세척, 식각, 증착 등의 다양한 공정을 위해 다양한 화학물질들을 이용하게 된다. 이러한 화학물질들은 유독성, 가연성 및 부식성이 강한 것이 많으며, 반도체의 제조시 필요한 화학물질들은 공정과정에서 대부분 배출되게 된다. 이에 따라, 상술한 유독성, 가연성 및 부식성이 강한 화학물질들을 처리, 제거하는 공정이 반도체의 생산에 있어서 필수적이라고 할 수 있다.
특히 암모니아는 반도체의 제조공정 중 증착공정, 연마공정 또는 습식 식각 공정에 사용된다. 이러한 암모니아는 반도체의 생산으로 배출되는 배기가스에 다수 포함되게 되며, 이러한 암모니아의 처리 설비 역시 반도체의 생산에 있어서 필수적인 설비라고 할 수 있다.
통상적으로 반도체 설비에서 배출되는 암모니아는 습식 스크러버(Wet scrubber)를 이용하여 제거한다. 그러나 이러한 습식 스크러버는 액체를 이용하여 배출가스의 암모니아를 분리하므로, 폐액이 다량 발생하여 폐액의 처리를 추가적으로 거쳐야 하는 문제점이 있으며, 스크러버의 유지를 위한 비용이 다수 소요된다는 문제점이 있다. 또한, 이러한 습식 스크러버 공정은 일정 습도 이상이 유지되어야 하므로, 건조한 겨울철에는 습도를 유지하기 위한 설비 역시 추가적으로 필요한 문제점이 있다.
또한 이러한 암모니아의 제거를 위해 촉매를 이용할 경우, 부산물로 질소 산화물과 같은 오염물질이 생성되며, 이러한 질소 산화물 또한 대기오염 물질의 주범으로 배출할 경우 추가적인 환경오염 문제가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결한 암모니아의 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 간단한 설비로 암모니아를 제거할 수 있는 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상대적으로 유지관리 비용이 적게 소요되는 암모니아의 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상대적으로 설비의 크기가 작은 암모니아 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치는
암모니아 흡착제가 충진 되고, 암모니아 가스를 포함한 처리대상 기체가 주입되는 주입구와 암모니아가 제거된 배출가스가 배출되는 배출구를 포함하는 흡착부; 및 상기 흡착부를 재생하는 재생부;를 포함하며,
상기 재생부는
상기 흡착부와 연통되며 암모니아를 질소가스로 변환하는 제 1 촉매부;
상기 제 1 촉매부와 연통되며, 질소산화물을 환원하는 제 2 촉매부; 및
상기 제 2 촉매부와 상기 흡착부를 연통하는 재순환배관;을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치는 상기 흡착부를 가열하는 가열부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치에서 상기 재생부는 상기 처리대상 기체가 주입되는 주입구와 상기 제 2 촉매부의 유입구를 연통하는 개폐 가능한 이송관인 암모니아 공급관을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치는 상기 처리대상 기체를 흡착부로 주입하는 주입관과 상기 재생부 사이에 병렬 위치하는 제1 흡착부 및 제2 흡착부를 포함하며, 상기 주입관은 개폐 가능한 관을 통해 상기 제1흡착부의 주입구 및 상기 제 2 흡착부의 주입구와 각각 연결되며, 상기 제 1 흡착부 및 제 2 흡착부는 개폐 가능한 관을 통해 상기 재생부의 제1 촉매부와 각각 연결되는 암모니아 제거 장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치는 상기 처리대상 기체를 흡착부로 주입하는 주입관과 상기 재생부 사이에 병렬 위치하는 N(N≥3인 자연수)개의 흡착부를 포함하며, 상기 주입관은 개폐 가능한 관을 통해 상기 N(N≥3인 자연수)개의 흡착부의 주입구와 각각 연결되며, 상기 N(N≥3인 자연수)개의 흡착부는 개폐 가능한 관을 통해 상기 재생부의 제1촉매부와 각각 연결되는 암모니아 제거 장치일 수 있다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치에서 상기 가열부는 유체 이송관, 유체 공급 펌프 및 히팅 엘리먼트(heating element)를 포함하며, 상기 히팅 엘리먼트(heating element)는 상기 유체 이송관 또는 상기 흡착부를 가열하는 가열부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치는 제어부를 더 포함할 수 있으며,
상기 제어부는 상기 처리대상 기체가 흡착부로 주입되고 암모니아가 제거된 배출가스가 배출구로 배출되는 흡착모드 및 상기 흡착부의 주입구가 폐쇄되고, 상기 가열부에 의해 상기 흡착부에서 탈착된 암모니아를 포함하는 탈착 가스가 제 1 촉매부, 제 2 촉매부, 재순환배관 및 흡착부를 거쳐 흡착부의 배출구로 배출되는 재생모드를 교번 수행하도록 제어하는 제어부일 수 있다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치에서 상기 제어부는 적어도 하나 이상의 흡착부를 흡착모드로 제어하며, 흡착모드로 제어되지 않는 흡착부 중 적어도 한 개 이상의 흡착부를 재생모드로 제어하는 제어부일 수 있다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 방법은
a) 암모니아 흡착제를 포함하는 흡착부에 암모니아를 포함하는 처리대상 기체를 주입하여 암모니아를 흡착 제거하고, 암모니아가 제거된 배출가스를 배출하는 흡착단계; 및
b) 상기 흡착부를 재생하는 재생단계;를 포함하며,
상기 재생단계;는
b1) 상기 흡착부에 열 에너지를 인가하여 흡착된 암모니아를 탈착시키는 단계;
b2) 탈착된 암모니아를 제 1 촉매와 접촉시켜 질소가스로 산화시키는 단계;
b3) b2) 단계의 생성 가스를 제 2 촉매와 접촉시켜, b2) 단계의 부 생성물인 질소산화물을 질소가스로 환원시키는 단계; 및
b4) 상기 b3) 단계의 생성 가스를 상기 흡착부로 이송하여 잔존 암모니아를 흡착 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 방법에서, 상기 b2) 단계의 생성 가스와 상기 처리대상 기체의 혼합 가스가 상기 제2촉매와 접촉하는 암모니아 제거 방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 방법에서, 상기 제2촉매와의 접촉 시, b2) 단계의 생성 가스에 함유된 질소산화물의 몰수를 1몰로 하여, 암모니아의 몰수가 1.05 내지 1.3몰이 되도록 처리대상 기체가 상기 b2) 단계의 생성 가스와 혼합되는 암모니아 제거 방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 방법은 상기 a) 단계는 N(N≥2인 자연수)개의 흡착부에 의해 서로 독립적으로 수행되는 암모니아 제거 방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 방법은 상기 a) 단계 후 및 b) 단계 전,
각 흡착부 별, 흡착단계가 수행된 총 시간, 처리대상 기체의 암모니아 농도 및 흡착부에 주입된 처리대상 기체의 누적 주입량을 기준으로, 흡착부에 주입된 총 암모니아 양을 산출하고,
상기 총 암모니아 양이 기준 암모니아 양 이상인 경우, a) 단계를 중단하고 b) 단계를 수행하는 판별단계;를 더 포함하는 암모니아 제거 방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 방법은 상기 a) 단계 후 및 b) 단계 전,
각 흡착부 별, 흡착부에서 배출되는 배출가스 내 암모니아의 농도가 기준 암모니아 농도 이상인 경우, a) 단계를 중단하고 b) 단계를 수행하는 판별단계를 더 포함하는 암모니아 제거 방법일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 방법은 상기 b) 단계 수행 후, a) 단계가 재 수행되는 암모니아 제거 방법일 수 있다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치는 흡착제를 이용하므로 기존 암모니아 제거 장치와 달리 폐액 등의 폐기물이 추가적으로 발생하지 않는 장점이 있다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치는 흡착제를 재생하는 단계를 거치므로 적은 양의 흡착제를 사용할 수 있으며, 이에 따라 설비의 크기를 현저하게 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 방법은 암모니아를 탈착시키는 단계를 거치며, 탈착시키는 과정에서 암모니아의 농도를 조절하여 더욱 효율적으로 촉매분해를 거칠 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 암모니아 제거장치의 개략도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 암모니아 제거장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치는,
암모니아 흡착제가 충진 되고, 암모니아 가스를 포함한 처리대상 기체가 주입되는 주입구와 암모니아가 제거된 배출가스가 배출되는 배출구를 포함하는 흡착부(100); 및 상기 흡착부를 재생하는 재생부;를 포함하며,
상기 재생부는
상기 흡착부와 연통되며 암모니아를 질소가스로 변환하는 제 1 촉매부(200);
상기 제 1 촉매부와 연통되며, 질소산화물을 환원하는 제 2 촉매부(300); 및
상기 제 2 촉매부와 상기 흡착부를 연통하는 재순환배관(40);을 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치는 상술한 바와 같이 흡착부 및 재생부를 포함하며, 본 발명에 의한 암모니아 제거 장치는 흡착부에서 암모니아를 흡착 후 배출하는 흡착모드, 흡착부에 흡착된 암모니아를 탈착 후 분해하는 재생모드로 운영될 수 있다.
구체적으로, 흡착모드라 함은 암모니아를 포함하는 처리대상 기체가 처리대상 기체 주입구를 통해 주입되면, 암모니아 흡착제가 암모니아를 흡착한 후 암모니아가 제거된 배출가스(이하 제 1 배출가스라 함)를 배출하는 작업을 수행하는 것을 의미한다. 재생모드라 함은 상기 흡착모드가 수행된 후, 상기 주입구가 폐쇄되어 처리대상 기체의 유입이 차단되고, 흡착부에서 탈착된 암모니아를 제 1 촉매부가 분해하고, 제 1 촉매부의 부 생성물을 제 2 촉매부가 분해한 후, 상기 제 2 촉매부를 거친 유체가 상기 흡착부로 이송되어 잔존 암모니아를 흡착 후 배출가스(이하 제 2 배출가스라 함)를 배출하는 작업을 수행하는 것을 의미한다. 즉, 본 발명의 암모니아 제거 장치에서 재생모드라 함은, 암모니아를 흡착제에서 탈착시키는 단계; 및 탈착된 암모니아를 분해하는 단계를 포함한다.
본 발명의 암모니아 처리 장치는 상기 재생부를 포함하며, 재생부를 이용하여 상기 흡착부를 재생할 수 있다. 재생부를 포함하는 경우, 단순히 흡착제만을 이용하여 흡착 후 배출하는 경우 보다 흡착부의 크기를 현저하게 줄일 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점은 실제 공정 설비에서 배출되는 가스를 처리하기 위한 설비의 크기가 과대하게 커지는 문제점을 해결할 수 있어 실제 설비에 이용하기에 특히 유용하다. 또한, 상술한 재생부를 포함하는 암모니아 제거 장치를 이용할 경우, 통상적으로 이용되는 습식 스크러버와 달리, 스크러버에 사용되는 약품과 같은 유지비용을 필요로 하지 않으며, 습식 스크러버에서 발생되는 폐액 등과 같은 폐기물이 추가적으로 발생하지 않아 폐기물의 처리를 필요로 하지 않으므로 보다 저렴하고 효율적으로 암모니아를 제거할 수 있다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치에서 흡착부는 처리대상 기체가 유입되면 암모니아를 선택적으로 흡착한 후 배출가스를 배출한다. 흡착부에 충진된 흡착제는 통상적으로 암모니아를 선택적으로 흡착하기 위해 사용되는 흡착제인 경우 제한이 없으나, 구체적으로, 제올라이트, 활성탄 등에 전이금속 등이 담지된 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 철이온으로 이온교환된 제올라이트, 황산, 인산 또는 아세트산 등의 산으로 첨착한 첨착활성탄 또는 구리, 아연, 지르코늄, 철 또는 주석의 금속이온을 첨착한 첨착 활성탄일 수 있다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치에서 제 1 촉매부는 흡착부에서 탈착된 암모니아를 포함한 유체가 유입되어, 암모니아를 선택적으로 질소가스로 분해한다. 상기 제 1 촉매부에 포함되는 촉매는 암모니아를 질소가스로 변환시키는 촉매인 경우 제한이 없다. 통상적으로 선택적 산화촉매(SCO, Selective Catalytic Oxidation)를 이용하며, 구체적으로 세륨, 티타늄, 백금, 니켈, 아연, 주석, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트, 비스무트, 티타늄, 지르코늄, 구리, 철안티몬, 망간, 바나듐, 니오븀, 루테늄, 팔라듐, 로듐, 금, 은 및 인듐에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 금속을 포함할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 백금, 루테늄, 로듐, 구리, 세륨 또는 니켈에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
통상적으로, 암모니아 분해 촉매는 암모니아를 산화시켜 질소가스로 변환시킨다. 그러나 이 과정에서 산화가 추가적으로 일어나는 경우 질소산화물이 발생할 수 있다. 이때 질소 산화물이란
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,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
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또는
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일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 질소 산화물은 대기오염의 주요 물질 중 하나로, 그대로 배출하는 경우 환경오염 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라, 제 1 촉매부를 통과한 유체는 제 2 촉매부로 이송되며, 후술하는 제 2 촉매부에서 질소산화물 환원 촉매를 이용하여 질소산화물을 질소가스로 전환한 후 배출할 수 있다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치에서 제 2 촉매부는 제 1 촉매부에서 배출된 유체에 포함된 질소 산화물을 환원하는 역할을 한다. 제 2 촉매부에 포함되는 촉매는 통상적인 선택적 환원촉매(SCR, Selective Catalytic Reduction)일 수 있으나, 질소 산화물을 질소가스로 변환시키는 촉매인 경우 제한이 없다. 구체적으로, 니켈, 아연, 주석, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트, 비스무트, 티타늄, 지르코늄, 세륨, 안티몬, 망간, 바나듐, 니오븀, 루테늄, 팔라듐, 로듐, 금, 은, 백금, 인듐 및 이리듐에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 금속을 포함하는 촉매일 수 있다. 상기 제 2 촉매부를 통과한 유체는 재순환배관을 통해 상기 흡착부로 이송된다.
좋게는 본 발명의 일 실시예에 의한 제 1 촉매부에 포함되는 촉매는 백금, 루테늄, 로듐, 구리, 세륨 및 니켈에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 의한 제 2 촉매부에 포함되는 촉매는 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 망간 및 세륨에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 제 1 촉매부의 촉매 및 제 2 촉매부의 촉매를 상기와 같이 사용하는 경우, 각각의 촉매부에서 촉매를 이용한 반응이 효율적으로 일어날 뿐만 아니라, 최적온도범위가 유사하여 별도의 온도조절 없이도 처리대상기체를 제 1 촉매부 및 제 2 촉매부로 연통시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치에서 제 1 촉매부 및 제 2 촉매부를 통과하는 처리대상기체의 온도는 촉매의 활성을 띨 수 있는 온도인 경우 제한이 없으나, 구체적으로 250 내지 500 ℃일 수 있다. 처리대상기체의 온도가 상기와 같은 경우, 촉매반응이 충분히 일어나면서도 과도한 에너지를 필요로 하지 않는 장점이 있다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치는 제 2 촉매부를 통과한 유체를 상기 흡착부로 이송하는 재순환 배관(40)을 포함한다. 재순환 배관은 제 2 촉매부를 통과한 유체가 이송되는 연통관 역할을 한다. 제 2 촉매부를 거쳐 흡착부로 이송된 유체는 흡착부에서 다시 한 번 암모니아의 흡착을 거친 후 제 2 배출가스로 배출되게 된다. 이러한 재순환을 통해 상기 제 1 촉매부에서 미분해된 잔존 암모니아를 흡착 후 배출할 수 있을 뿐만 아니라, 후술하는 암모니아 공급 배관을 통해 공급된 추가적인 암모니아를 흡착 후 배출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치는 상기 처리대상 기체가 주입되는 주입구와 상기 제 2 촉매부의 유입구를 연통하는 개폐 가능한 이송관인 암모니아 공급관(50)을 더 포함할 수 있다. 암모니아 공급관은 암모니아를 포함하는 처리대상 기체 중 일부를 상기 제 2 촉매부로 이송하는 역할을 한다. 이러한 암모니아 공급관은 상술한 제 2 촉매부가 질소 산화물의 환원 시 암모니아와 같은 환원제를 필요로 하므로, 암모니아의 추가적인 주입 없이 처리대상 기체에 포함된 암모니아를 환원제로 공급하기 위함이다.
상술한 처리대상 기체는 질소 산화물 1 몰을 기준으로 1.05 내지 1.3몰의 암모니아가 공급되도록 제 2 촉매부에 주입될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 암모니아가 상술한 범위보다 적게 첨가되는 경우 질소산화물을 충분히 환원시킬 수 없으며, 암모니아가 상술한 범위보다 많이 첨가되는 경우 제 2 촉매부의 후단으로 과잉된 암모니아가 배출되는 문제가 발생할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서 암모니아 공급관을 포함하는 경우 환원제로 사용되는 암모니아를 추가적으로 주입할 필요가 없는 장점이 있으며, 암모니아의 주입을 필요로 하지 않으므로 이에 따른 추가적인 유지비를 필요로 하지 않는 장점이 있다. 또한, 환원제 공급부를 더 필요로 하지 않고, 공급관을 통해 암모니아를 공급하므로 설비의 크기를 작게 할 수 있는 장점이 있다. 이에 더하여, 질소 산화물 1 몰을 기준으로 1몰 보다 과량으로 첨가된 암모니아는 상술한 바와 같이 흡착부로 이송되어 한 번 더 흡착을 거친 후 배출되므로, 질소산화물을 충분히 분해하면서도 암모니아를 배출하지 않는 장점이 있다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 장치는 암모니아의 탈착을 위한 가열부를 더 포함할 수 있다. 가열부는 흡착제에 흡착된 암모니아를 탈착시키기 위해 흡착부를 가열하는 역할을 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 가열부는 흡착부를 가열하여 암모니아를 탈착시킬 수 있는 수단 또는 방법인 경우 제한이 없으나, 바람직하게는 흡착부에 주입되는 유체가 이송되는 유체 공급관, 유체 공급 펌프 및 히팅 엘리먼트(heating element)로 구성될 수 있다. 이때, 상기 히팅 엘리먼트(heating element)는 상기 유체 이송관 또는 상기 흡착부를 가열하는 가열부재일 수 있다. 구체적인 일예로, 히팅 엘리먼트가 상기 유체 이송관을 감싸며, 유체 이송관 내의 유체가 히팅 엘리먼트에 의해 가열되면서 가열된 유체가 상기 유체 공급 펌프를 통해 흡착부 내로 주입되고, 가열된 유체가 흡착부에서 암모니아를 탈착시킬 수 있다. 다른 구체적인 일예로, 유체 공급 펌프를 통해 흡착부에 유체가 주입되고, 히팅 엘리먼트가 상기 흡착부를 가열하여 가열된 유체가 흡착부에서 암모니아를 탈착시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치에서, 가열부에 의해 가열된 흡착부의 온도는 30 내지 400 ℃ 일 수 있으며, 구체적으로는 100 내지 200 ℃, 더욱 구체적으로는 300 내지 380 ℃일 수 있다. 가열부에 의해 흡착부가 가열되는 온도가 상술한 온도 범위 보다 낮은 경우 암모니아를 충분히 탈착시킬 수 없는 문제점이 있으며, 상술한 온도 보다 높은 경우 암모니아의 탈착 효율 증가는 미미하나, 암모니아의 탈착에 많은 에너지가 소비되므로 상술한 온도 범위로 가열부를 가열하는 것이 좋다.
이와 같이 처리대상 기체의 유입을 차단하고 가열부를 통해 암모니아를 탈착시키는 경우, 가열온도, 유입되는 공기의 양 등을 통해 탈착되는 암모니아의 농도를 조절할 수 있는 장점이 있다. 일반적으로, 암모니아를 포함하는 배출가스에서 암모니아의 농도가 지나치게 높거나, 암모니아의 농도가 낮더라도 배출가스의 풍량이 높은 경우 통상적인 습식법을 이용하여 암모니아를 분해하는데 어려움이 많았다. 그러나 본원발명과 같은 장치로 암모니아를 분해할 경우, 고농도의 암모니아나 대풍량의 배출가스의 경우에도, 흡착부를 이용하여 흡착 후 탈착하는 방법으로 농도 및 풍량의 조절이 가능하기 때문에, 종래 처리가 어려웠던 배출가스 중의 암모니아를 보다 용이하게 분해할 수 있는 장점이 있다. 이에 더하여, 고농도의 암모니아를 포함하거나 대풍량의 배출가스를 처리하는 경우와 대비하여 흡착부를 통한 암모니아의 농도 조절을 통해 설비의 크기를 현저히 줄일 수 있으며, 유지관리비가 저렴한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 탈착과정에서, 탈착되는 암모니아의 농도는 촉매를 이용하여 분해반응을 수행할 수 있는 농도인 경우 제한이 없으나, 구체적으로 수백 내지 수천 ppm일 수 있으며, 구체적으로는 1000 내지 3000 ppm일 수 있다. 암모니아가 상술한 농도 범위 보다 낮은 경우 상대적으로 촉매부로 유입되는 유량이 커지기 때문에 처리 비용이 상승하는 문제점이 있으며, 암모니아의 농도가 상술한 농도 범위 보다 높은 경우, 암모니아의 전환률과 선택도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치는 두 개 이상의 흡착부를 포함할 수 있다. 일예로, 본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치는 두 개의 흡착부를 포함할 수 있다. 이 때 각 흡착부는 처리대상 가스가 주입되는 주입관과 재생부 사이에 병렬로 연결될 수 있으며, 상세하게는 처리대상 가스가 주입되는 주입관과 재생부의 제 1 촉매부 사이에 병렬로 위치할 수 있다. 이러한 경우 각 흡착부는 처리대상 가스가 주입되는 주입관 및 제 1 촉매부 사이에 각각 개폐 가능한 연통관을 통해 연통될 수 있음은 물론이다. 본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치가 두 개의 흡착부를 포함할 경우, 각각의 흡착부는 서로 독립적으로 흡착모드, 재생모드 또는 휴지모드를 수행할 수 있다. 이 때 휴지모드는 재생모드 및 흡착모드를 수행하지 않는 상태를 의미한다. 이와 같이 본 발명의 암모니아 제거 장치에서 흡착부가 두 개 구비된 경우, 암모니아 제거 장치에서 하나 이상의 흡착부가 흡착모드로 구동될 수 있으며, 이에 따라 처리대상 기체를 연속적으로 처리할 수 있는 장점이 있다.
다른 일예로, 본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치는 흡착부를 3개 이상 포함할 수 있다. 이 때 상술한 바와 같이 각 흡착부는 처리대상 가스가 주입되는 주입관과 재생부 사이에 병렬로 연결될 수 있으며, 상세하게는 처리대상 가스가 주입되는 주입관과 재생부의 제 1 촉매부 사이에 병렬로 위치할 수 있다. 이러한 경우 각 흡착부는 처리대상 가스가 주입되는 주입관 및 제 1 촉매부 사이에 각각 개폐 가능한 연통관을 통해 연통될 수 있음은 물론이다. 또한 본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치가 3개 이상의 흡착부를 포함할 경우, 각각의 흡착부는 제어부에 의해 서로 독립적으로 흡착모드, 재생모드 또는 휴지모드를 수행하도록 제어될 수 있다. 상술한 바와 같이 흡착부가 3개 이상 구비된 경우, 흡착부가 재생모드 및 흡착모드를 수행하도록 제어되면서도, 동시에 흡착모드 및 재생모드를 수행하지 않는 흡착부를 휴지모드로 제어할 수 있는 장점이 있다. 휴지모드에서는 재생모드로 제어되는 과정에서 가열된 흡착부의 온도를 50 ℃이하, 좋게는 10 내지 50 ℃ 까지 안정적으로 낮출 수 있는 장점이 있다. 흡착부의 온도가 상기 온도 범위 보다 높은 경우, 흡착부에서 암모니아의 흡착이 잘 일어나지 않으며, 흡착되더라도 다시 탈착되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치는 제어부를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 흡착부 및 재생부는 제어부에 의해 흡착모드 또는 재생모드를 수행하도록 제어될 수 있다. 구체적으로, 제어부가 흡착부에서 처리대상 기체가 주입되는 주입구 및 제 1 배출가스가 배출되는 배출구를 개방하고, 재생부로 이송되는 관 및 재순환배관을 폐쇄함으로써 흡착부에서 흡착모드를 수행하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부가 흡착부로 처리대상 기체가 주입되는 주입구 및 배출가스가 배출되는 배출구를 폐쇄하고, 상기 가열부로 흡착부를 가열하여 암모니아가 탈착되도록 하며, 암모니아를 포함한 탈착된 유체가 재생부, 구체적으로 제 1 촉매부로 이송되어 제1 촉매부 및 제 2 촉매부를 통과한 후 개방된 재순환 배관을 통해 상기 흡착부로 이송되도록 제어할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치에서 흡착부가 다수 개 구비된 경우, 제어부가 각 흡착부를 서로 독립적으로 흡착모드 및 탈착모드를 수행하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치에서 흡착부가 두 개인 경우, 한 개 또는 두 개의 흡착부가 흡착모드를 수행하도록 제어될 수 있고, 더욱 좋게는 한 개의 흡착부는 흡착모드, 다른 한 개의 흡착부는 재생모드를 수행하도록 제어될 수 있다. 보다 상세하게는, 제어부가 제 1 흡착부를 흡착모드로 수행하도록 제어하는 경우, 제 1 흡착부의 처리대상 기체 주입구를 개방하여 제 1 흡착부로 처리대상 기체가 유입되며, 제 1 흡착부의 배출구가 개방되도록 제어 할 수 있다. 또한 이와 동시에 또는 순차로, 제어부가 제 2 흡착부에서 재생모드를 수행하도록 제 2 흡착부로 유입되는 처리대상 기체를 차단하고, 가열부에서 흡착부를 가열하도록 제어하여 흡착부에서 암모니아를 탈착시킨 뒤, 제 1 촉매부 및 제 2 촉매부로 연통하는 연통관을 개방하여 암모니아를 포함한 유체가 제 1 촉매부 및 제 2 촉매부를 통과하도록 제어할 수 있다. 이에 더하여 일정 시간이 지난 뒤, 제어부가 제 1 흡착부에서 재생모드를 수행하고, 제 2 흡착부에서 흡착모드를 수행하도록 제어할 수 있으며, 제어부는 상기 각 흡착부가 흡착모드 및 재생모드를 교번 수행하도록 제어할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치에서 흡착부가 세 개 이상인 경우, 각 흡착부는 서로 독립적으로 흡착모드, 재생모드 또는 휴지모드를 수행하도록 제어될 수 있다. 좋게는 한 개 이상의 흡착부가 흡착모드를 수행하도록 제어될 수 있고, 더욱 좋게는 한 개 이상의 흡착부가 흡착 모드를 수행하고, 흡착모드를 수행하지 않는 흡착부 중 한 개 이상의 흡착부가 재생모드를 수행하도록 제어될 수 있다. 상세하게는, 제어부가 흡착모드를 수행하는 흡착부의 처리대상 기체 주입구 주입구 및 배출구를 개방하여 흡착모드를 수행하도록 제어할 수 있다. 또한 이와 동시에 또는 순차로, 제어부가 흡착모드를 수행하지 않는 흡착부 중 하나 이상의 흡착부에서 재생모드를 수행하도록 처리대상 기체의 유입을 차단하고, 가열부에서 흡착부를 가열하도록 제어하여 암모니아를 탈착시킨 뒤, 재생모드를 수행하는 흡착부와 제 1 촉매부를 연통하는 연통관을 개방하여 암모니아를 포함한 유체가 제 1 촉매부 및 제 2 촉매부를 통과하도록 제어할 수 있다. 이에 더하여 일정 시간이 지난 뒤, 흡착모드를 수행하던 흡착부는 재생모드를 수행하도록, 재생모드를 수행하던 흡착부는 흡착모드를 수행하도록 제어할 수 있으며, 흡착부가 흡착모드 및 재생모드를 교번 수행하도록 제어할 수 있음은 물론이다. 추가적으로, 제어부가 하나 이상의 흡착부를 제어하여 휴지모드를 수행하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치는 판별부 및 센서를 더 포함할 수 있다. 판별부는 센서로부터 정보를 수신 받아 흡착모드 또는 재생모드의 수행 여부를 판별하여 제어부로 전달하는 역할을 하며, 제어부는 판별된 결과에 따라 각 흡착부에서 흡착모드 또는 재생모드를 수행하도록 제어할 수 있다.
일예로, 상기 판별부는 각 흡착부에서 흡착단계가 수행된 시간, 처리대상 기체의 암모니아 농도 및 각 흡착부에 주입된 처리대상 기체의 누적 주입량을 기준으로, 각 흡착부에 주입된 암모니아의 총 량을 계산할 수 있다. 각 흡착부에 주입된 암모니아의 총량 및 기 설정된 값인 해당 흡착부에서 흡착 가능한 암모니아의 총 량을 비교하여 흡착모드를 계속하여 수행할지, 재생모드로 전환할지 판별할 수 있다. 구체적으로, 각 흡착부에 주입된 암모니아의 총 량이 기 설정된 해당 흡착부에서 흡착 가능한 암모니아의 총 량 보다 많거나 같은 경우, 제어부가 해당 흡착부에서 흡착모드를 중단하고 재생모드로 전환하도록 할 수 있으며, 각 흡착부에 주입된 암모니아의 총 량이 기 설정된 해당 흡착부에서 흡착 가능한 암모니아의 총량 보다 적은 경우, 제어부가 해당 흡착부에서 계속하여 흡착모드를 수행하도록 제어할 수 있다.
다른 일 예로, 판별부는 각 흡착부의 배출구에서 배출되는 암모니아의 농도 정보를 센서로부터 수신 받아, 배출되는 암모니아의 농도가 기 설정된 기준 암모니아 농도 이상인지 판별하고 제어부로 판별 결과를 송부할 수 있다. 구체적으로, 배출되는 암모니아의 농도가 기 설정된 기준 암모니아 농도 이상인 경우, 제어부가 해당 흡착부에서 흡착단계를 중단하고 재생단계를 수행하도록 제어할 수 있고, 해당 흡착부에서 배출되는 암모니아 농도가 기준 암모니아 농도 보다 낮은 경우 흡착단계를 계속하여 수행하도록 제어할 수 있다.
이 때, 판별부는 기 설정된 설정 값 또는 센서로부터 정보를 수신받아 상술한 판별을 수행할 수 있다. 구체적으로, 기 설정된 값은 공정에서 배출되는 처리대상 가스의 평균 암모니아 농도, 각 흡착부에서 흡착 가능한 암모니아의 총량 및 배출되는 배출가스에서 허용 가능한 암모니아의 농도 등이 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 처리 장치에서 구비되는 센서는 유량측정센서, 암모니아 측정 센서 등이 있을 수 있으며, 암모니아 측정 센서는 처리대상 기체의 주입구(10), 흡착부에 구비된 배출구 또는 흡착부 및 제 1 촉매부를 연통하는 연통관(21)에 구비될 수 있으며, 유량측정센서는 처리대상기체의 주입구에 구비될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 판별부가 센서로부터 수신 받는 값은, 암모니아 센서의 경우 각 위치의 암모니아 농도일 수 있으며, 유량측정센서의 경우 주입구로 주입된 암모니아의 총량일 수 있다.
추가적으로, 흡착부가 재생모드에서 흡착모드로 전환되는 시점은, 기 설정된 재생모드의 수행 시간이 경과한 경우 흡착모드로 전환하거나, 각 흡착부에서 제 1 촉매부로 연통하는 연통관(20)에 설치된 암모니아 센서로부터 수신 받은 정보를 판별하여, 연통관(20)의 암모니아 농도가 기 설정된 암모니아 농도보다 낮은 경우 해당 흡착부를 제어하여 흡착모드를 수행하도록 할 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치의 운전 방법을 도면을 통해 구체적으로 설명한다. 후술하는 도면 및 운전 방법은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명이 후술하는 도면 및 운전 방법에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치에서,
암모니아를 포함하는 처리대상 기체는 주입관(10)을 통해 흡착부(100)으로 주입된다. 흡착부에서 암모니아를 흡착한 후, 암모니아가 제거된 배출가스를 배출관(70)을 통해 배출하는 흡착모드를 수행한다. 흡착모드의 수행이 끝난 뒤, 상기 주입관 및 배출관을 폐쇄하고, 히팅 엘리먼트(400)을 통해 가열한 공기를 주입배관(60)을 통해 주입하는 방법으로, 흡착부에서 암모니아를 탈착 시킨다. 탈착된 암모니아는 개방된 연통관(20)을 통해 제 1 촉매부(200)로 이송되며, 제 1 촉매부를 통과한 유체는 제 2 촉매부(300)로 이송된다. 제 2 촉매부를 통과한 유체는 재순환배관(40)을 통해 다시 흡착부로 이송되어 잔존 암모니아를 흡착한 후 배출하는 재생모드를 수행할 수 있다. 이때, 본 발명의 암모니아 처리 장치는 제 2 촉매부에 암모니아를 공급하는 개폐가능한 관인 암모니아 공급관(50)을 더 포함할 수 있으며, 암모니아 공급관은 처리대상 기체를 제 2 촉매부로 주입하여 환원제인 암모니아를 공급한다. 또한, 본 발명의 암모니아 처리 장치는 흡착모드 및 재생모드를 교번 수행할 수 있으며, 흡착모드 및 재생모드를 제어하는 제어부(500)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 의한 암모니아 제거 장치에서,
암모니아를 포함하는 처리대상 기체는 주입관(11)을 통해 흡착모드를 수행중인 제 1 흡착부(110)으로 주입된다. 제 1 흡착부에서 암모니아를 흡착한 후, 암모니아가 제거된 배출가스를 배출관(71)을 통해 배출하는 흡착모드를 수행한다. 이와 동시에 또는 순차적으로, 제 2 흡착부에서는 처리대상 기체가 주입되는 주입관(12) 및 배출관(72)이 차단되고, 히팅 엘리먼트(420)를 통해 가열된 유체가 공급관(62)을 통해 제 2 흡착부에 주입된다. 가열된 공기에 의해 탈착된 유체는 개방된 연통관(22 및 23)을 통해 제 1 촉매부(200)로 이송되며, 제 1 촉매부를 통과한 유체는 제 2 촉매부(300)로 이송된다. 제 2 촉매부를 통과한 유체는 재순환배관(41)을 통해 상기 제 1 흡착부로 이송되어 잔존 암모니아를 흡착 후 배출관(71)을 통해 배출하게 된다. 이때, 본 발명의 암모니아 처리 장치는 제 2 촉매부에 암모니아를 공급하는 개폐가능한 관인 암모니아 공급관(51)을 더 포함할 수 있으며, 암모니아 공급관은 처리대상 기체를 제 2 촉매부로 주입하여 환원제인 암모니아를 공급한다. 또한, 본 발명에 의한 흡착부는 서로 독립적으로 흡착모드 및 재생모드를 교번 수행할 수 있으며, 각 흡착부에서 흡착모드 및 재생모드의 수행은 제어부(500)을 통해 제어될 수 있다.
구체적으로, 제 1 흡착부에서 흡착모드를 중지한 뒤, 제 1 흡착부에서 재생모드를 수행하고 동시에 또는 순차로 제 2 흡착부에서 흡착모드를 수행할 수 있다. 상세하게는, 암모니아를 포함하는 처리대상 기체는 주입관(12)을 통해 흡착모드를 수행중인 제 1 흡착부(120)로 주입된다. 제 1 흡착부에서 암모니아를 흡착한 후, 암모니아가 제거된 배출가스를 배출관(72)을 통해 배출하는 흡착모드를 수행한다. 이와 동시에 또는 순차적으로, 제 2 흡착부에서는 처리대상 기체가 주입되는 주입관(11) 및 배출관(71)이 차단되고, 히팅 엘리먼트(410)을 통해 가열된 유체가 공급관(61)을 통해 제 2 흡착부에 주입된다. 가열된 공기에 의해 탈착된 유체는 개방된 연통관(21, 23)을 통해 제 1 촉매부(200)로 이송되며, 제 1 촉매부를 통과한 유체는 제 2 촉매부(300)로 이송된다. 제 2 촉매부를 통과한 유체는 재순환배관(42)을 통해 상기 제 1 흡착부로 이송되어 잔존 암모니아를 흡착 후 배출관(72)을 통해 배출하게 된다. 이때, 본 발명의 암모니아 처리 장치는 제 2 촉매부에 암모니아를 공급하는 개폐가능한 관인 암모니아 공급관(52)을 더 포함할 수 있으며, 암모니아 공급관은 처리대상 기체를 제 2 촉매부로 주입하여 환원제인 암모니아를 공급하는 방법으로 장치를 운전할 수 있다.
본 발명에 의한 처리대상 기체는 암모니아를 포함하는 유체일 수 있으며, 구체적으로는 암모니아를 포함하는 기체일 수 있고, 더욱 구체적으로는 반도체 생산, 축산 사업장, 계분 건조 공장 또는 하수처리공장 등 각종 생산 설비에서 배출되는 배출가스일 수 있다.
또한 본 발명에서 의미하는 유체는 기체일 수 있으며, 구체적으로는 산소를 포함하는 기체일 수 있고, 더욱 구체적으로는 공기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 상술한 암모니아 제거 장치를 이용한 암모니아의 제거 방법을 포함한다.
본 발명은 또한 암모니아의 제거 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 암모니아 제거 방법은,
a) 암모니아 흡착제를 포함하는 흡착부에 암모니아를 포함하는 처리대상 기체를 주입하여 암모니아를 흡착 제거하고, 암모니아가 제거된 배출가스를 배출하는 흡착단계; 및
b) 상기 흡착부를 재생하는 재생단계;를 포함하며,
상기 재생단계;는
b1) 상기 흡착부에 열 에너지를 인가하여 흡착된 암모니아를 탈착시키는 단계;
b2) 탈착된 암모니아를 제 1 촉매와 접촉시켜 질소가스로 산화시키는 단계;
b3) b2) 단계의 생성 가스를 제 2 촉매와 접촉시켜, b2) 단계의 부 생성물인 질소산화물을 질소가스로 환원시키는 단계; 및
b4) 상기 b3) 단계의 생성 가스를 상기 흡착부로 이송하여 잔존 암모니아를 흡착 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 암모니아 제거 방법에 의해 암모니아를 제거할 경우 비교적 간단한 공정으로 암모니아를 제거할 수 있으며, 흡착제 만을 이용하여 흡착 후 배출하는 경우 보다 흡착부의 크기를 줄여 설비 크기를 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 기존 습식 스크러버와 달리 폐액 등이 배출되지 않으며, 습식 스크러버의 운전에 사용되는 약품과 같은 유지비용을 필요로 하지 않는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 방법에서 상기 b2) 단계의 생성 가스와 상기 처리대상 기체가 혼합되어 제 2 촉매와 접촉될 수 있다. 상기 b2) 단계를 거치는 동안 암모니아가 분해되면서 질소 산화물이 일부 생성된다. 이렇게 생성된 질소 산화물은 상기 b3)단계를 통해 질소가스로 환원될 수 있다. 이러한 질소가스의 환원 단계에서는 질소 산화물의 환원을 위한 환원제를 필요로 하며, 통상적으로 환원제는 암모니아를 이용한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 방법에서는 암모니아를 포함하는 처리대상 기체를 b3)단계에 혼합하여 환원반응을 진행할 수 있다.
처리대상 기체에 포함된 암모니아를 환원제로 이용하는 경우, 추가적인 환원제의 주입을 필요로 하지 않으므로, 부대비용이 소모되지 않으면서도, 상기 b4) 단계에서 잔존 암모니아를 흡착 제거하므로 배출가스에 암모니아가 포함될 염려가 없는 장점이 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 방법에서 상기 b3) 단계에 혼합되는 처리대상 기체는 상기 b2) 단계를 거친 유체에 함유된 질소 산화물의 몰수를 1 몰을 기준으로 암모니아가 1.05 내지 1.3 몰, 바람직하게는 1.1 몰 내지 1.25 몰 포함되도록 혼합될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 암모니아가 상기 범위보다 적게 포함되는 경우 b3) 단계에서 질소 산화물이 충분히 환원시킬 수 없어 질소 산화물이 배출 될 위험이 있으며, 암모니아가 상기 범위보다 많이 포함되는 경우 오히려 과량의 암모니아가 반응 후에도 남아 재생단계에서 흡착제에 흡착되므로, 흡착부를 완전히 재생하지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 방법에서 상기 흡착부는 두 개 이상 구비될 수 있으며, 구체적으로는 두 개 또는 세 개, 더욱 구체적으로는 두 개 구비될 수 있다. 흡착부가 두 개 이상 구비되는 경우 각 흡착부에서 흡착단계 및 재생단계를 별개로 수행할 수 있어, 처리대상 기체를 연속적으로 처리할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아 제거 방법에서 상기 흡착부는 흡착단계 후 재생단계를 거칠 수 있으며, 재생단계를 거친 흡착부는 다시 암모니아를 흡착하는 흡착단계를 수행할 수 있다. 즉, 각 흡착부에서는 흡착단계 및 재생단계를 교번하여 수행할 수 있으며, 이러한 전환은 흡착단계 및 재생단계 사이에 판별단계를 더 포함함으로써 흡착단계 또는 재생단계의 수행여부를 결정할 수 있다.
흡착단계에서 재생단계로 전환은, 처리대상 기체의 암모니아 농도, 흡착부에 주입된 처리대상 기체의 누적 주입량 및 흡착부에서 배출되는 배출가스의 암모니아 농도에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 인자를 기준으로 판별될 수 있으며, 판별된 결과에 따라 흡착모드 및 재생모드의 전환 시점이 결정될 수 있다.
일예로, 판별단계에서는 각 흡착부 별 흡착단계가 수행된 총 시간, 처리대상 기체의 암모니아 농도 및 흡착부에 주입된 처리대상 기체의 누적 주입량을 기준으로, 흡착부에 주입된 암모니아의 총 량을 산출하고, 상기 암모니아의 총 량이 흡착부에서 흡착 가능한 암모니아의 양보다 많은지 여부를 판별한다. 상기 암모니아의 총 량이 흡착부에서 흡착 가능한 암모니아의 양보다 많은 경우, 해당 흡착부에서 흡착단계를 중단하고 재생단계를 수행하며, 암모니아의 총 량이 해당 흡착부에서 흡착 가능한 암모니아의 양보다 적은 경우 흡착단계를 계속하여 수행할 수 있다.
다른 일예로, 판별단계에서는 각 흡착부 별로 암모니아의 흡착 후 배출되는 배출가스 내 암모니아 농도가 기준 암모니아 농도 이상인지 판별하고, 암모니아의 농도가 기준 이상인 경우 해당 흡착부에서 흡착단계를 수행하며, 암모니아의 농도가 기준 이하인 경우 해당 흡착부에서 흡착단계를 계속하여 수행할 수 있다.
추가적으로, 재생단계에서 흡착단계로의 전환은 기 설정된 재생단계 수행 시간으로 전환 시점을 판별할 수 있다. 또는, 상기 재생단계 중 흡착부에서 탈착된 암모니아의 농도를 판별한 후, 탈착된 암모니아의 농도가 기준 암모니아 농도보다 낮은 경우 흡착단계로 전환할 수 있다.
이상 암모니아의 제거 장치 및 암모니아 제거 방법을 설명 하였다. 본 발명의 구성에 따르면 기존 습식 스크러버를 이용하는 경우와 달리 폐기물이 배출되지 않으며, 흡착부를 재생하여 흡착부의 크기를 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 명세서의 기재 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 도면에 한정되어서는 아니되며, 청구범위 뿐 아니라 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해질 것이다.
100, 110, 120 흡착부
200 제 1 촉매부
300 제 2 촉매부
400, 410, 420 가열부재
500 제어부
10, 11, 12 흡착부로 처리대상 기체가 주입되는 연결부
20, 21, 22, 23 흡착부와 제 1 촉매부의 연결부
30 제 1 촉매부와 제 2 촉매부의 연결부
40, 41, 42 재순환배관
50, 51, 52, 53 암모니아공급관
60, 61, 62 가열부재와 흡착부의 연결부
70, 71, 72 흡착부의 배출과 연결된 배출관

Claims (15)

  1. 암모니아 흡착제가 충진 되고, 암모니아 가스를 포함한 처리대상 기체가 주입되는 주입구와 암모니아가 제거된 배출가스가 배출되는 배출구를 포함하는 흡착부; 및 상기 흡착부를 재생하는 재생부;를 포함하며,
    상기 재생부는
    상기 흡착부와 연통되며 암모니아를 질소가스로 변환하는 제 1 촉매부;
    상기 제 1 촉매부와 연통되며, 질소산화물을 환원하는 제 2 촉매부; 및
    상기 제 2 촉매부와 상기 흡착부를 연통하는 재순환배관;을 포함하는 암모니아 제거 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 흡착부를 가열하는 가열부를 더 포함하는 암모니아 제거 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 재생부는 상기 처리대상 기체가 주입되는 주입구와 상기 제 2 촉매부의 유입구를 연통하는 개폐 가능한 이송관인 암모니아 공급관을 더 포함하는 암모니아 제거 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 암모니아 제거 장치는 처리대상 기체를 흡착부로 주입하는 주입관과 상기 재생부 사이에 병렬 위치하는 제1 흡착부 및 제2 흡착부를 포함하며, 상기 주입관은 개폐 가능한 관을 통해 상기 제1흡착부의 주입구 및 상기 제2흡착부의 주입구와 각각 연결되며, 상기 제1 흡착부 및 제2 흡착부는 개폐 가능한 관을 통해 상기 재생부의 제1 촉매부와 각각 연결되는 암모니아 제거 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 암모니아 제거 장치는 처리대상 기체를 흡착부로 주입하는 주입관과 상기 재생부 사이에 병렬 위치하는 N(N≥3인 자연수)개의 흡착부를 포함하며, 상기 주입관은 개폐 가능한 관을 통해 상기 N(N≥3인 자연수)개의 흡착부의 주입구와 각각 연결되며, 상기 N(N≥3인 자연수)개의 흡착부는 개폐 가능한 관을 통해 상기 재생부의 제1촉매부와 각각 연결되는 암모니아 제거 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 가열부는 유체 이송관, 유체 공급 펌프 및 히팅 엘리먼트(heating element)를 포함하며, 상기 히팅 엘리먼트(heating element)는 상기 유체 이송관 또는 상기 흡착부를 가열하는 가열부재인 암모니아 제거 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 암모니아 제거 장치는 제어부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 처리대상 기체가 흡착부로 주입되고 암모니아가 제거된 배출가스가 배출구로 배출되는 흡착모드 및 상기 흡착부의 주입구가 폐쇄되고, 상기 가열부에 의해 상기 흡착부에서 탈착된 암모니아를 포함하는 탈착 가스가 제1촉매부, 제2촉매부, 재순환배관 및 흡착부를 거쳐 흡착부의 배출구로 배출되는 재생모드를 교번 수행하도록 제어하는 제어부인 암모니아 제거 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는 적어도 하나 이상의 흡착부를 흡착모드로 제어하며,
    흡착모드로 제어되지 않는 흡착부 중 적어도 한 개 이상의 흡착부를 재생모드로 제어하는 암모니아 제거 장치.
  9. a) 암모니아 흡착제를 포함하는 흡착부에 암모니아를 포함하는 처리대상 기체를 주입하여 암모니아를 흡착 제거하고, 암모니아가 제거된 배출가스를 배출하는 흡착단계; 및
    b) 상기 흡착부를 재생하는 재생단계;를 포함하며,
    상기 재생단계;는
    b1) 상기 흡착부에 열 에너지를 인가하여 흡착된 암모니아를 탈착시키는 단계;
    b2) 탈착된 암모니아를 제 1 촉매와 접촉시켜 질소가스로 산화시키는 단계;
    b3) b2) 단계의 생성 가스를 제 2 촉매와 접촉시켜, b2) 단계의 부 생성물인 질소산화물을 질소가스로 환원시키는 단계; 및
    b4) 상기 b3) 단계의 생성 가스를 상기 흡착부로 이송하여 잔존 암모니아를 흡착 제거하는 단계;를 포함하는 암모니아 제거 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 b2) 단계의 생성 가스와 상기 처리대상 기체의 혼합 가스가 상기 제2촉매와 접촉하는 암모니아 제거 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제2촉매와의 접촉 시, b2) 단계의 생성 가스에 함유된 질소산화물의 몰수를 1몰로 하여, 암모니아의 몰수가 1.05 내지 1.3몰이 되도록 처리대상 기체가 상기 b2) 단계의 생성 가스와 혼합되는 암모니아 제거 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 a) 단계는 N(N≥2인 자연수)개의 흡착부에 의해 서로 독립적으로 수행되는 암모니아 제거 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 a) 단계 후 및 b) 단계 전,
    각 흡착부 별, 흡착단계가 수행된 총 시간, 처리대상 기체의 암모니아 농도 및 흡착부에 주입된 처리대상 기체의 누적 주입량을 기준으로, 흡착부에 주입된 총 암모니아 양을 산출하고,
    상기 총 암모니아 양이 기준 암모니아 양 이상인 경우, a) 단계를 중단하고 b) 단계를 수행하는 판별단계;를 더 포함하는 암모니아 제거 방법.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 a) 단계 후 및 b) 단계 전,
    각 흡착부 별, 흡착부에서 배출되는 배출가스 내 암모니아의 농도가 기준 암모니아 농도 이상인 경우, a) 단계를 중단하고 b) 단계를 수행하는 판별단계를 더 포함하는 암모니아 제거 방법.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 b) 단계 수행 후, a) 단계가 재 수행되는 암모니아 제거 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020215115A1 (de) 2019-04-26 2020-10-29 Integral Engineering Und Umwelttechnik Gmbh Behälter und verfahren zum beladen eines adsorptions- und/oder absorptionsmittels mit ammoniak
WO2022034295A1 (en) 2020-08-10 2022-02-17 Johnson Matthey Public Limited Company Exhaust gas treatment system
WO2023135405A1 (en) 2022-01-14 2023-07-20 Johnson Matthey Public Limited Company Treatment system for exhaust gas comprising ammonia

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102195874B1 (ko) 2019-03-15 2020-12-29 주식회사 퓨어스피어 암모니아 가스 제거용 촉매식 로터 시스템 및 이를 이용한 암모니아 가스의 제거방법
KR102586766B1 (ko) * 2021-05-21 2023-10-12 주식회사 에코프로에이치엔 이소프로판올 및 암모니아의 동시 저감 공정

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000233117A (ja) * 1998-12-14 2000-08-29 Japan Pionics Co Ltd 排ガスの浄化方法及び浄化装置
JP5983937B2 (ja) * 2012-11-28 2016-09-06 三菱自動車工業株式会社 内燃機関の排気浄化装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020215115A1 (de) 2019-04-26 2020-10-29 Integral Engineering Und Umwelttechnik Gmbh Behälter und verfahren zum beladen eines adsorptions- und/oder absorptionsmittels mit ammoniak
AT522436A4 (de) * 2019-04-26 2020-11-15 Integral Eng Und Umwelttechnik Gmbh Behälter und Verfahren zum Beladen eines Adsorptions- und/oder Absorptionsmittels mit Ammoniak
AT522436B1 (de) * 2019-04-26 2020-11-15 Integral Eng Und Umwelttechnik Gmbh Behälter und Verfahren zum Beladen eines Adsorptions- und/oder Absorptionsmittels mit Ammoniak
WO2022034295A1 (en) 2020-08-10 2022-02-17 Johnson Matthey Public Limited Company Exhaust gas treatment system
GB2603979A (en) 2020-08-10 2022-08-24 Johnson Matthey Plc Exhaust gas treatment system
WO2023135405A1 (en) 2022-01-14 2023-07-20 Johnson Matthey Public Limited Company Treatment system for exhaust gas comprising ammonia

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