KR20210077018A - 소결로 배기가스 처리 방법 - Google Patents

소결로 배기가스 처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210077018A
KR20210077018A KR1020190166216A KR20190166216A KR20210077018A KR 20210077018 A KR20210077018 A KR 20210077018A KR 1020190166216 A KR1020190166216 A KR 1020190166216A KR 20190166216 A KR20190166216 A KR 20190166216A KR 20210077018 A KR20210077018 A KR 20210077018A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust gas
catalyst
temperature
oxidation catalyst
oxidation
Prior art date
Application number
KR1020190166216A
Other languages
English (en)
Inventor
변영철
김준우
고동준
김병기
김태훈
임종태
이정엽
이동하
Original Assignee
주식회사 포스코
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코, 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020190166216A priority Critical patent/KR20210077018A/ko
Publication of KR20210077018A publication Critical patent/KR20210077018A/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/75Multi-step processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/48Sulfur compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/8621Removing nitrogen compounds
    • B01D53/8625Nitrogen oxides
    • B01D53/8628Processes characterised by a specific catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/864Removing carbon monoxide or hydrocarbons
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/869Multiple step processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J38/00Regeneration or reactivation of catalysts, in general
    • B01J38/04Gas or vapour treating; Treating by using liquids vaporisable upon contacting spent catalyst
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B21/00Open or uncovered sintering apparatus; Other heat-treatment apparatus of like construction
    • F27B21/06Endless-strand sintering machines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/10Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102Platinum group metals
    • B01D2255/1021Platinum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/10Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102Platinum group metals
    • B01D2255/1023Palladium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206Rare earth metals
    • B01D2255/2065Cerium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20707Titanium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20723Vanadium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20776Tungsten
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/50Zeolites

Abstract

본 발명은 소결로 후단부에서 추출된 배기가스로부터 황산화물을 제거하는 단계; SCR 촉매를 이용하여 상기 배기가스로부터 질소산화물을 제거하는 단계; CO 산화 촉매를 이용하여 상기 배기가스로부터 CO를 제거하는 단계; 및 배기가스를 승온하여 SCR 촉매 및 CO 산화 촉매를 재생하는 단계를 포함하는 소결로 배기가스 처리 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 황산화물에 의한 SCR 촉매 및 CO 산화 촉매의 성능 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 촉매를 탈거하지 않고도 공정 내에서 간편하게 촉매를 재생할 수 있다.

Description

소결로 배기가스 처리 방법{METHOD FOR TREATING EXHAUST GAS}
본 발명은 소결로 배기가스 처리 방법에 관한 것이다.
제철소 소결공정은 철광석을 고로에 장입하기 쉬운 형태로 가공하기 위한 공정으로서, 철광석과 첨가물을 혼합한 후 1300℃의 고온에서 열처리하여 소결시키는 공정이다. 원료인 철광석과 첨가물을 고온에 노출시키므로 다량의 가스가 발생하는데, 이때 배기가스에는 다량의 유해성 가스가 포함되어 있다. 배기가스는 일반적인 연소공정에서 발생하는 질소, 산소, 이산화탄소, 물을 포함할 뿐만 아니라, 질소산화물(NOX), 황산화물(SOX), 탄화수소, 일산화탄소(CO), 할로겐화합물 등의 유해성 물질도 포함한다.
최근 미세먼지에 대한 환경 이슈가 사회적으로 대두되고 있다. 질소산화물과 황산화물은 미세먼지 전구체이며, 산성비의 원인이므로, 환경 규제에 의해 제거되어야 할 대상이다. 황산화물의 경우 습식 또는 건식 방법으로 탈황을 하며, 질소산화물의 경우 선택적 촉매 환원법(Selective Catalytic Reduction, SCR)에 의해 탈질 처리하여 배기가스를 대기중으로 배출한다.
대기 중으로 배출되는 질소산화물 저감을 위해 적용된 SCR 기술은 환원제로 암모니아를 이용하며, 질소산화물 환원에 참여하지 않은 잔여 암모니아는 황산화물과 반응하여 암모늄염을 생성한다. 암모늄염 중 ABS(Ammonium Bi-Sulfate)는 SCR 운전온도인 약 280℃에서 액상으로 존재하며, 이는 촉매 세공을 채워 촉매 성능 저하의 원인이 된다.
또한, 환경 규제 강화로 인해 종래의 질소산화물과 황산화물뿐만 아니라 일산화탄소와 탄화수소에 대한 규제도 예상된다. 일산화탄소는 열량을 갖는 물질로 산화촉매를 이용하여 연소 시 열을 발생시키고, 이때 발생한 열은 배기가스 승온에 이용될 수 있다. 일반적으로 일산화탄소와 탄화수소는 백금 기반의 산화촉매를 이용하여 연소시켜 제거한다. 하지만 소결로 배기가스의 경우 종래의 백금 기반 촉매나 상용 촉매를 SCR 작동온도인 280℃에서 사용할 경우 황산화물에 의해 활성금속이 황화로 피독되어 촉매가 비활성화된다.
한편, 기존의 SCR 시스템은 촉매 작동온도를 맞추기 위해 버너를 이용하여 승온하였으나 이러한 방법은 연료 비용이 많이 드는 단점이 있다. 최근 연료 비용을 줄이고자 저온 작동 SCR 촉매 개발 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 200℃ 부근에서 작동하는 SCR 촉매가 적용되고 있다. 또한, 특허 "소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치 및 질소 산화물 제거 방법(출원번호: 10-2015-0113048)"에서와 같이 배기가스 내에 포함된 CO를 산화촉매를 이용하여 산화 시키고, 이때 발생하는 열을 회수하여 배기가스 승온에 사용하면 추가의 연료 소모량이 줄어들게 된다.
본 발명의 목적은 소결로 배기가스 처리 시스템에서, 황산화물에 의한 SCR 촉매와 CO 산화 촉매의 활성 저하 문제를 해결하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 소결로 배기가스 처리 시스템의 온도를 SCR 촉매 작동 범위로 유지하는데 필요한 연료비를 저감하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 소결로 후단부에서 추출된 배기가스로부터 황산화물을 제거하는 단계; SCR 촉매를 이용하여 상기 배기가스로부터 질소산화물을 제거하는 단계; CO 산화 촉매를 이용하여 상기 배기가스로부터 CO를 제거하는 단계; 및 배기가스를 승온하여 SCR 촉매 및 CO 산화 촉매를 재생하는 단계를 포함하는 소결로 배기가스 처리 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면 소결로 후단에서 배출되는 배기가스를 고온 건식 탈황 설비를 이용하여 탈황 처리함으로써 황산화물에 의한 SCR 촉매 및 CO 산화 촉매의 성능 저하를 방지할 수 있다.
또한 SCR 촉매 및 CO 산화 촉매의 활성도에 따라 배기가스 처리 시스템의 온도를 단계적으로 조절함으로써 SCR 촉매와 CO 산화 촉매를 재생할 수 있다. 상기 방법은 촉매를 탈거하지 않고도 공정 내에서 간편하게 촉매를 재생할 수 있는 방법이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 소결로 배기가스 처리 공정을 나타낸 개략도이다.
도 2는 종래 소결로 배기가스 처리 시스템을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 배기가스 처리 시스템을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 촉매 재생 공정에서 CO 산화 촉매의 성능을 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 배기가스 처리 시스템에서 활성이 저하된 CO 산화 촉매 재생시 TG-MS 분석 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
소결로에서 발생하는 배기가스는 일반적인 연소공정에서 발생하는 질소, 산소, 이산화탄소, 물과 함께 질소산화물, 황산화물, 탄화수소, 일산화탄소, 할로겐화합물 등의 유해성 물질을 포함한다. 이러한 유해성 물질을 제거하기 위해 배기가스는 탈황 공정, 집진 공정, 탈질 공정, CO 산화 공정 등을 거쳐 대기 중으로 배출된다(도 1 참조).
특히 황산화물의 경우, 소결로의 소결 스트랜드(Strand) 위치에 따라 배출량에 편차가 있다. 일반적으로 소결로 후단부로 갈수록 온도가 높아져 다량의 황산화물이 배출되며, 본 발명에서 소결로 후단부는 철광석의 이동 방향을 기준으로 소결로 전체 길이의 50~100%의 위치를 의미한다.
도 2는 종래의 소결로 배기가스 처리 시스템을 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 소결로 배기가스 처리 시스템을 나타낸 개략도이다. 도 3을 참조하면, 소결로 후단부에는 집진기와 고온 건식 탈황 장치가 구비될 수 있으며, 탈황 장치 내부에 마련된 탈황제가 소결로 후단부에서 배출된 고온의 배기가스로부터 황산화물을 제거한다.
본 발명의 소결로 배기가스 처리 시스템에 따르면, 전체 배기가스 유량의 5 내지 50%가 상기 소결로 후단부에서 배출되며, 이때 배출된 배기가스의 온도는 150 내지 500℃일 수 있다. 황산화물 농도가 높은 배기가스를 소결로 후단에 구비된 고온 건식 탈황 장치에 통과시킴으로써 황산화물을 보다 효율적으로 제거할 수 있으며, 이때 황산화물의 제거율은 전체 황산화물 부피를 기준으로 30 내지 99%, 바람직하게는 50 내지 99%일 수 있다. 이는 종래의 소결로 배기가스 처리 시스템보다 탈황 성능이 약 50% 이상 증가한 것이다.
본 발명의 탈황 공정에서 사용될 수 있는 탈황제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 고반응 소석회(Ca(OH)2), 중조(NaHCO3), 또는 이들의 혼합일 수 있다. 이후 성능이 저하된 탈황제는 여과포 집진기, 세라믹 필터 또는 금속 필터를 사용하여 수거할 수 있으며, 특히 배기가스의 온도가 200℃ 이상인 경우 세라믹 필터 또는 금속 필터를 사용하여 수거할 수 있다.
탈황 장치를 통과한 배기가스는 먼지 제거를 위해 집진 장치로 이송되며, 이후 탈질 장치로 이송된다. 탈질 장치에서는 NO, NO2와 같은 질소산화물이 SCR 촉매 존재 하에서 환원제에 의해 환원되어 질소(N2) 형태로 배출된다. 상기 환원제로는 예를 들어 암모니아(NH3)가 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명에서 사용할 수 있는 SCR 촉매로는 V/TiO2, V/W/TiO2, 제올라이트, V/Ce/TiO2, 또는 이들의 혼합일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
<질소산화물 환원 반응식>
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O
SCR 촉매는 일반적으로 220 내지 280℃에서 작동하며, 특히 저온 SCR 촉매의 경우 약 220℃ 전후 온도에서 작동한다. 일반적으로 탈질 장치로 인입되는 배기가스의 온도는 SCR 촉매 작동 온도보다 낮으므로, 열원을 통해 열을 공급하거나, 열교환기를 통해 CO 산화 장치로부터 배출되는 배기가스로부터 열을 공급하여야 한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 배기가스 처리 시스템은 고온 건식 탈황 장치를 이용함으로써 잔류 황산화물 농도를 감소시킬 수 있으므로, 저온 SCR 촉매의 적용이 가능하며, 탈질 장치로 인입되는 배기가스의 승온 비용을 저감할 수 있다.
탈질 장치에서 질소산화물이 제거된 배기가스는 CO 산화 장치로 이송된다. CO 산화 촉매 존재 하에서 CO가 산화되어 CO2 형태로 외부로 배출되며, 이때 CO 산화 촉매는 백금류 금속, 예를 들어 Pt, Pd 등을 포함하는 것이나 이에 한정되지 않는다.
<CO 산화 반응식>
2CO + O2 → 2CO2
한편, 소결로 배기가스에 포함된 황산화물, 탄화수소, 알데하이드 화합물, 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아, 할로겐 화합물 등은 촉매 활성을 저하시키는 요인이 된다. 특히, 탈황 공정에서 제거되지 못한 황산화물은 탈질 장치에서 암모니아(NH3) 등 환원제와 반응하여 AS(Ammonium Sulfate), ABS(Ammonium Bi-Sulfate)와 같은 황화합물을 형성한다. 이러한 황화합물은 촉매를 물리적으로 덮거나 세공에 충진되어 촉매의 활성점이 상실되는 파울링(Fouling) 현상을 발생시킨다. 뿐만 아니라, 황산화물은 CO 산화 촉매의 지지체나 활성금속에 흡착하여 황화금속(Metal Sulfide) 또는 황산염(Sulfate) 형태로 존재하고, 이는 촉매 수명을 줄이는 피독 현상으로 알려져 있다.
<AS 생성 반응식>
SO2 + 1/2O2 → SO3
SO3 + H2O → H2SO4
2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
<ABS 생성 반응식>
NH3 + SO3 + H2O → (NH4)HSO4
(NH4)2SO4 → (NH4)HSO4 + NH3
본 발명의 일 측면에 따르면, 황산화물에 의해 활성이 저하된 SCR 촉매와 CO 산화 촉매를 단계적으로 재생하는 방법이 제공된다.
AS 및 ABS는 상온에서 고체 형태로 존재하며, 약 147℃에서 녹아 상변화가 일어난다. 상술한 바와 같이, SCR 시스템의 작동 온도는 220 내지 280℃이므로, 탈질 장치 내에서 AS 및 ABS는 액상으로 존재하여 SCR 촉매 세공을 채우게 된다. SCR 촉매 세공 내 위치한 활성점이 상실되면 SCR 촉매 활성이 저하되므로, 질소산화물의 환원율이 낮아지는 문제가 있다.
일반적으로 소결로 배기가스에 의해 형성되는 AS 또는 ABS 등의 황화합물은 250℃ 이상의 온도에서 분해되기 시작하며, 완전히 분해되면 NH3, H2O, SO2 등으로 배출된다. 또한, CO 산화 촉매에 흡착된 황화금속 또는 황산염의 경우, 300℃ 이상의 온도에서 분해되기 시작하며, 완전히 분해되면 SO2로 배출된다. 따라서 활성이 저하된 SCR 촉매와 CO 산화 촉매를 재생시키기 위해서는 각 반응 장치의 온도를 높여, 각 촉매에 흡착되어 있는 황화합물을 분해하여야 한다.
이하, 본 발명의 촉매 재생 방법에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 배기가스 처리 시스템은 220 내지 280℃에서 작동하며, 배기가스 처리 시스템의 운전 시간이 지속될수록 황산화물이 촉매에 흡착되어 촉매 활성이 낮아진다. 따라서 SCR 촉매와 CO 산화 촉매의 활성도에 따라 촉매 재생 시스템을 가동하여야 하며, 각 촉매의 재생 시점 판단 방법은 다음과 같다.
SCR 촉매 재생 시점을 판단하기 위해서는 먼저 탈질 장치 전단 및 후단의 질소산화물 농도를 측정하여야 한다. 상기 측정된 질소산화물 농도 차에 의해 질소산화물 전환율을 계산할 수 있으며, 이로부터 SCR 촉매 활성도를 산출할 수 있다. SCR 촉매 활성도가 설정값 이하이면 배기가스를 승온하여 SCR 촉매로부터 황화합물, 예를 들어 AS 또는 ABS를 분해한다. AS 및 ABS의 분해 온도를 고려할 때 배기가스를 250℃ 이상, 바람직하게는 270℃ 이상으로 승온할 수 있다. 상기 AS 및 ABS는 NH3, H2O, SO2 등으로 분해되어 CO 산화 장치로 이송되며, NH3는 CO 산화 촉매 하에서 분해되므로 암모니아 슬립(NH3-slip) 현상을 방지할 수 있다.
한편, CO 촉매 재생 시점은 CO 산화 장치 전단 및 후단의 배기가스 온도를 측정함으로써 판단할 수 있다. CO 산화 반응은 발열 반응이므로, CO 산화 촉매의 활성이 저하되면 CO 산화 장치 전단 및 후단의 배기가스 온도 차이가 감소한다. 따라서 CO 산화 장치 전단 및 후단의 배기가스 온도 차이로부터 CO 전환율과 CO 산화 촉매 활성도를 산출할 수 있다. CO 산화 촉매 활성도가 설정값 이하이면 배기가스를 승온하여 CO 산화 촉매로부터 황화합물, 예를 들어 황화금속과 황산염을 분해한다. 황화금속 및 황산염의 분해 온도를 고려할 때 배기가스를 300℃ 이상, 바람직하게는 350℃ 이상으로 승온할 수 있다.
본 발명의 배기가스 처리 시스템에서, 배기가스의 온도가 지나치게 높은 경우에는 SCR 촉매 및 CO 산화 촉매가 소결되어 활성이 저하될 수 있으므로, 배기가스는 500℃ 이하로 승온하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 배기가스 처리 시스템에서 CO 산화 장치의 온도는 탈질 장치의 온도보다 높으며, 이는 CO 산화 반응에 의해 열이 발생하기 때문이다.
본 발명에 따라 효율적으로 촉매를 재생하기 위해서는 소결로 가동 시간을 측정하고, 열원 공급부의 연료 형태를 파악하여, 적절한 온도 범위로 배기가스를 승온하여야 한다. 또한 각각의 재생모드 수행 후, SCR 촉매와 CO 산화 촉매의 작동 온도 영역에서 배기가스 처리 시스템을 운전하여 촉매의 성능 회복 정도를 파악할 수 있다.
이로써 SCR 촉매와 CO 산화 촉매를 장시간 사용하면서 발생하는 촉매 활성 저하 문제를 촉매의 탈거 없이 공정 내에서 배기가스 온도를 조절함으로써 해결할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
SCR 촉매 재생 후 성능 평가
소결로 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위해 V/TiO2 기반의 SCR 촉매 존재 하에서 암모니아를 사용하여 질소산화물을 환원시켰다. 반응 조건과 재생 조건, 그리고 상기 각 조건에서 NO 제거 성능을 하기 표 1에 나타내었다.
반응온도 220℃에서 초기 SCR 촉매는 76%의 NO 전환율을 보였다. SCR 촉매에 SO2 30ppm을 투입하여 24시간 노화시키면 촉매 성능이 약 11% 감소되어 65%의 NO 전환율을 보인다. 이때 촉매 성능 저하는 ABS에 의한 것으로 예상된다.
촉매를 재생하기 위해 재생조건 1과 같이 반응 온도를 270℃까지 승온하여 1시간 동안 유지하고, 220℃에서 SCR 촉매 성능을 평가하였다. SCR 촉매는 약 4%의 성능 회복을 보였다.
마찬가지로 재생조건 2와 같이 310℃로 반응 온도를 승온하여 재생 후 SCR 촉매의 성능을 평가하였다. 이때 촉매는 73%의 NO 전환율을 나타내었으며, 약 8%의 성능 회복을 보였다.
마지막으로 ABS 분해 온도인 380℃에서 촉매를 노출하여 재생하였다. SCR 촉매는 82%의 NO 전환율을 나타내었으며, 재생 후 촉매 성능이 초기 촉매 성능보다 상회하는 결과를 얻었다.
단위 SCR
반응조건
SO2 가속
노화조건
노화 후
SCR 반응
재생
조건1
(비교예 1)
재생
조건2
(비교예 2)
재생
조건 3
(실시예)
공간속도 1/h 120,000 120,000 120,000 120,000 120,000 120,000
온도 220 220 220 270 310 380
시간 h - 24 - 1 1 1
NH3 ppm 600 600 600 - - -
NO ppm 500 500 500 - - -
SO2 ppm - 30 - - - -
O2 부피% 10 10 10 10 10 10
CO2 부피% 5 5 5 5 5 5
H2O 부피% 10 10 10 10 10 10
N2 balance 부피% ~75 ~75 ~75 ~75 ~75 ~75
NO 전환율 % 76 - 65 69 73 82
CO 산화촉매 재생 후 성능 평가
CO 산화공정에서 사용된 촉매는 Pt/TiO2 기반의 촉매이다. 상기 촉매를 소결로 배기가스의 탈질 반응기 후단에서 3개월 동안 노출시킨 후 회수하여 비활성화된 CO 산화 촉매를 제조하였다.
공간속도 30000h-1, 총 기체 부피를 기준으로 CO 1 부피%, O2 10 부피%, H2O 10 부피%, N2 Balance를 1인치 CO 산화 반응기에 공급하고 CO 산화촉매 20ml를 충진하여 CO 산화 성능을 평가하였다. 평가 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4를 참조하면, 황산화물에 의해 피독되지 않은 신규 CO 산화 촉매는 약 150℃의 반응 온도에서 100%의 CO 전환율을 보였다. 비활성화된 CO 산화 촉매를 동일한 반응 조건에서 평가한 경우, 150℃에서 CO 전환율은 0%로 나타났으며, 이를 통해 CO 산화촉매가 심각하게 비활성화 되었음을 알 수 있다. 반응온도를 약 200℃로 승온하면 비활성화된 CO 산화촉매 성능이 회복되어 CO가 산화되기 시작함을 알 수 있다. 이후 약 270℃에서 LOT50(Light Off Temperature 50)을 보이며, 500℃에서는 배기가스 중 CO가 100% 제거되었다.
비활성화된 CO 산화촉매를 500℃에서 열처리한 후, 신규 CO 산화촉매와 동일한 반응조건에서 촉매의 성능을 평가하였다. 500℃에서 열처리한 CO 산화촉매의 경우 촉매 성능이 회복되어 200℃에서 100%의 CO 전환율을 보이는 것을 알 수 있다.
도 5는 소결로 배기가스에 노출되어 활성이 저하된 CO 산화 촉매의 TG-MS 분석 결과를 나타낸 것이다. Air 조건에서 열처리하면서 승온시킨 결과 약 500℃ 부근에서 m/e=64의 SO2가 탈착되는 것을 알 수 있다. 이로써 상기 CO 산화촉매의 활성 저하는 SO2 피독에 의한 것이며, 도 4의 결과와 종합하여 500℃ 이상에서 비활성화된 CO 산화촉매를 열처리하면 촉매가 재생되는 것을 알 수 있다.
이와 같이 온도 범위를 달리하여 소결로 배기가스 처리장치에 포함된 SCR 촉매와 CO 산화촉매를 재생할 수 있으며, 재생 후 각 촉매의 초기 성능을 유지할 수 있다. 또한 촉매 재생 후 다시 촉매 활성이 저하되더라도 소결로 배기가스 처리장치의 운전 온도를 높임으로써 반복적으로 촉매를 재생할 수 있다.

Claims (9)

  1. 소결로 후단부에서 추출된 배기가스로부터 황산화물을 제거하는 단계;
    SCR 촉매를 이용하여 상기 배기가스로부터 질소산화물을 제거하는 단계;
    CO 산화 촉매를 이용하여 상기 배기가스로부터 CO를 제거하는 단계; 및
    배기가스를 승온하여 SCR 촉매 및 CO 산화 촉매를 재생하는 단계를 포함하는 소결로 배기가스 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    소결로 후단부에서 추출된 배기가스의 온도는 150 내지 500℃인 것을 특징으로 하는 소결로 배기가스 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    소결로 후단부에서 추출된 배기가스는 전체 배기가스 유량의 5 내지 50%인 것을 특징으로 하는 소결로 배기가스 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    황산화물 제거 단계에서 황산화물 제거율은 30 내지 99%인 것을 특징으로 하는 소결로 배기가스 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    배기가스로부터 황산화물을 제거한 후, 배기가스를 소결로로 재순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소결로 배기가스 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    SCR 촉매는
    탈질 장치 전단 및 후단의 질소산화물 농도 차이를 측정하여 SCR 촉매 활성도를 산출하는 단계 및
    상기 SCR 촉매 활성도가 설정값 이하이면 배기가스를 250 내지 400℃로 승온하여 SCR 촉매로부터 황화합물을 제거하는 단계
    를 포함하는 공정에 의해 재생되는 것을 특징으로 하는 소결로 배기가스 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    CO 산화 촉매는
    CO 산화 장치 전단 및 후단의 배기가스 온도 차이를 측정하여 CO 산화 촉매 활성도를 산출하는 단계 및
    상기 CO 산화 촉매 활성도가 설정값 이하이면 배기가스를 300 내지 550℃로 승온하여 CO 산화 촉매로부터 황화합물을 제거하는 단계
    를 포함하는 공정에 의해 재생되는 것을 특징으로 하는 소결로 배기가스 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    SCR 촉매는 V/TiO2, V/W/TiO2, V/Ce/TiO2, 제올라이트 또는 이들의 혼합인 것을 특징으로 하는 소결로 배기가스 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    CO 산화 촉매는 Pt, Pd 또는 이들의 혼합인 소결로 배기가스 처리 방법.
KR1020190166216A 2019-12-13 2019-12-13 소결로 배기가스 처리 방법 KR20210077018A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190166216A KR20210077018A (ko) 2019-12-13 2019-12-13 소결로 배기가스 처리 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190166216A KR20210077018A (ko) 2019-12-13 2019-12-13 소결로 배기가스 처리 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210077018A true KR20210077018A (ko) 2021-06-25

Family

ID=76629362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190166216A KR20210077018A (ko) 2019-12-13 2019-12-13 소결로 배기가스 처리 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210077018A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115253668A (zh) * 2022-07-25 2022-11-01 山东德曦环境科技有限公司 一种低温co催化氧化处理系统及处理方法
CN115253668B (zh) * 2022-07-25 2024-04-19 山东德曦环境科技有限公司 一种低温co催化氧化处理系统及处理方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115253668A (zh) * 2022-07-25 2022-11-01 山东德曦环境科技有限公司 一种低温co催化氧化处理系统及处理方法
CN115253668B (zh) * 2022-07-25 2024-04-19 山东德曦环境科技有限公司 一种低温co催化氧化处理系统及处理方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU693966B2 (en) Regeneration of catalyst/absorber
JP3589529B2 (ja) 燃焼排ガスの処理方法及び装置
EP2457639B1 (en) Method and apparatus for removing mercury from combustion gas, and combustion gas cleaner
JPH07299331A (ja) 乾式脱硫脱硝プロセス
US7235220B2 (en) Exhaust gas treatment method, exhaust gas treatment system, and catalytic oxidation apparatus
KR101830477B1 (ko) 소결 배기가스 내에 포함된 질소 산화물 제거 장치 및 질소 산화물 제거 방법
KR20210077018A (ko) 소결로 배기가스 처리 방법
KR20080059958A (ko) 오존 및 활성 코크스에 의한 배가스 동시 탈황 탈질 방법
KR102161131B1 (ko) 안티몬/티타니아 담체 및 그 제조방법, 상기 담체를 이용한 가스상 유해물질 제거를 위한 촉매 및 그 제조방법
JP2553935B2 (ja) 焼結機排ガスの脱硫脱硝方法
KR102297744B1 (ko) 시멘트 소성로 또는 제철소 소결로 공정에서 탈질 및 디더스팅(De-Dusting) 기능을 동시 처리하는 촉매 일체형 집진기
KR102292551B1 (ko) 황에 대한 내구성이 우수한 scr 촉매
KR102224335B1 (ko) 가스상 암모니아를 질소로 전환하는 선택적 산화촉매 및 그 그 제조방법
EP3815787A1 (en) Low temperature regeneration method of sulfate-deactivated scr catalysts using no2 injection
JP6248423B2 (ja) 一酸化炭素酸化触媒、及び、焼結炉排ガスの脱硫・脱硝方法及び設備
KR100275301B1 (ko) 천연망간광석을 이용한 질소산화물의 제거방법
JP3779889B2 (ja) 触媒の再生方法
JP3785296B2 (ja) 触媒の再生方法
US20080196396A1 (en) Catalyst and method for purification of diesel engine exhaust gas
KR100460665B1 (ko) 폐가스에 함유된 질소 산화물 및 다이옥신의 동시 제거방법
KR20140085831A (ko) 배가스 내의 황산화물 및 질소산화물의 건식 동시 제거방법
KR20100001315A (ko) 질소산화물 제거용 촉매 조성물과 그 제조방법 및 이를이용한 질소산화물 제거방법
JP2009226298A (ja) 排ガス処理方法及び排ガス処理装置
JPH09290136A (ja) 排ガスの浄化方法及び浄化装置
JPS6211891B2 (ko)

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application