KR20240047012A - 미 분해 암모니아 가스 저감 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 가스 질화 처리 후 로 내에 잔류하는 암모니아를 분해하여 질소와 수소 상태로 만들어 배출할 수 있으며, 비교적 저 비용으로 암모니아를 분해 처리할 수 있는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은 질화 처리 로로부터 잔류 암모니아를 수집하여 촉매 존재 하에 연소 장치에 의해 연소시켜 질소와 수소로 분해 배출하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치를 제공한다.

Description

미 분해 암모니아 가스 저감 장치{Undissolved ammonia gas reduction device}

본 발명은 질화 처리 후 생성된 미 분해 암모니아 가스를 분해하여 저감하는 암모니아 가스 저감 장치에 관한 것이다.

열처리 산업에서 가스 질화 처리는 고경도를 요하는 각종 부재에 실시되고 있다. 가스 질화 처리에 사용되는 암모니아 가스는 열 처리 후 로 내에 잔류하지만, 대부분 저렴한 공정 단가 개선에만 연구개발이 집중되어 있어, 별다른 처리 없이 그대로 방치되는 경우가 많다. 갈수록 중요해지는 환경 문제에 비추어 질화 처리 후 잔류 암모니아 배출에 대한 저감 노력은 필수적이다. 잔류 암모니아의 재사용도 고려되고 있지만 질화 처리 로 내에 잔류하는 가스에는 암모니아 외에 다른 불순물들이 혼합되어 있고 고온 상태라 잔류 암모니아를 수집 및 재사용 하기에는 어려움이 있다.

등록특허 10-1527517호는 암모니아 스크러버를 제안하고 있는데, 플라즈마를 이용하여 암모니아를 질소와 수소로 분해한다. 그러나 플라즈마 처리는 고 전압을 사용하기 때문에 전력 소모가 많고, 생성된 질소도 활성종으로 형성되어 예측할 수 없는 다양한 물질, 예를 들면 산화질소 등의 오염물질을 배출할 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 가스 질화 처리 후 로 내에 잔류하는 암모니아를 분해하여 질소와 수소 상태로 만들어 배출할 수 있으며, 비교적 저 비용으로 암모니아를 분해 처리할 수 있는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은 질화 처리 로로부터 잔류 암모니아를 수집하여 촉매 존재 하에 연소 장치에 의해 연소시켜 질소와 수소로 분해 배출하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치를 제공한다.

상기에서, 미 분해 암모니아 가스 저감 장치는 하나 이상 다수의 질화 처리 로로부터 암모니아를 수집할 수 있는 배관을 구비하고, 암모니아 분해 온도를 낮은 온도에서 분해할 수 있도록 니켈-크롬, 니켈-철, 철 스크럽 등의 금속 촉매를 장치 내에 배치하고, 연소를 위한 버너 또는 히터를 구비한다.

상기에서, 미 분해 암모니아 가스 저감 장치는 금속으로 이루어진 외벽과 외벽에 대해 틈새 공간을 두고 배치된 내벽을 구비하고, 상기 틈새 공간에 세라믹 파이버, 부직포, 하드 보드, 세라믹 블록 중 하나 이상을 포함하는 내화재가 충진된다.

상기에서, 미 분해 암모니아 가스 저감 장치는 암모니아 가스가 유입되는 유입구와 최종 분해 산물이 배출되는 배출구에 역류방지 장치를 구비한다.

즉, 본 발명은,

질화 처리 장치에서 생성되는 미 분해 암모니아 가스를 분해하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치로서,

암모니아 분해 반응이 일어나는 챔버;

상기 챔버 하단에서 아래로 연장되어 질화 처리 장치의 암모니아 배출구에 이르는 암모니아 가스 유입구 배관;

상기 챔버 외벽으로부터 챔버 안쪽으로 연결되고 가스 공급부와 점화장치를 구비한 연소부;

상기 챔버 내부에 배치되어 유입구 배관으로 유입된 암모니아 분해를 돕는 철계 촉매가 적재된 촉매부;

상기 챔버의 벽면에 배치되는 내화재; 및

챔버 상단에 구비된 배출구;를 포함하여,

작업장 저면부에 배치된 다수의 질화 처리 장치들 각각에 대해 암모니아 가스 유입구 배관을 연결하여 암모니아를 촉매 존재 하에 연소시켜 질소와 수소로 분해하고, 상기 배출구를 통해 배출하는 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치를 제공한다.

상기에 있어서, 상기 유입구 배관, 연소부의 가스 공급부, 및 배출구는 역류 방지 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치를 제공한다.

상기에 있어서, 암모니아 분해 반응 온도는 600 내지 700℃이고, 분해율이 99.99%이고 잔류율이 0.012%인 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치를 제공한다.

상기에 있어서, 철계 촉매는 니켈-크롬, 니켈-철, 철 스크럽 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치를 제공한다.

상기에 있어서, 챔버 벽은 금속재의 외벽과 내벽을 포함하고, 상기 외벽과 내벽 사이 틈새 공간은 내화재로 채워지며, 상기 내화재는 세라믹 파이버, 세라믹 파이버로 구성한 부직포, 세라믹 하드 보드, 세라믹 블록 중 하나 이상을 포함하여, 챔버 외부로의 열 전달을 차단하고 분해되어 배출되는 질소와 수소를 포함한 분해생성물에 대해 열 교환을 하여 주는 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치를 제공한다.

상기에 있어서, 암모니아 가스 유입구 배관은 작업장 저면부에 안착된 질화 처리 장치에 연결되어 미 분해 암모니아 가스 저감 장치를 지지하는 역할을 겸하고,

상기 배출구는 작업장 천장 위로 솟은 굴뚝에 연결되는 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치를 제공한다.

상기에 있어서, 챔버 외측을 에워싸는 고리형 챔버와 상기 고리형 챔버를 지지하는 배관형 지지체를 더 포함하고,

상기 고리형 챔버에는 물을 채워 폐열을 이용하여 물을 가열하여 사용하는 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 촉매를 이용하기 때문에 비교적 낮은 온도인 600 내지 700℃에서 암모니아를 질소와 수소로 분해하여 배출할 수 있다. 본 발명에 따르면, 다수의 질화 처리 장치에서 배출되는 잔류 암모니아 가스를 하나의 암모니아 저감 장치에서 분해 처리하며, 촉매 존재 하에 연소 처리하기 때문에 처리 비용이 저렴하다.

도 1은 본 발명의 미 분해 암모니아 가스 저감 장치의 구성을 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 미 분해 암모니아 가스 저감 장치의 사진이다.
도 3은 암모니아 가스 분해 공정의 온도 대비 분해율 및 잔류율을 도시한 표이다.
도 4는 본 발명의 변형 실시예에 대한 구성도 이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 미 분해 암모니아 가스 저감 장치의 구성을 보여주는 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 미 분해 암모니아 가스 저감 장치의 사진이다.

미 분해 암모니아 가스 저감 장치는 챔버(100) 형태의 반응기 하부에 다수의 질화 처리 장치의 배기부에 연결되도록 연장된 배관(200)을 다수 구비한다. 상기 배관(200)은 질화 처리 장치에 대해서는 암모니아 가스 배출관이자 암모니아 가스 저감 장치에 대해서는 암모니아 가스 유입구가 된다.

챔버(100)에는 산소와 공기를 챔버 내부에 공급하여 연소를 일으키는 연소부(300)가 있어 암모니아 분해에 필요한 열을 공급한다. 연소부는 챔버에 대해 하나 이상 다수 설치될 수 있으며, 본 발명은 두 개의 연소부를 배치하였다. 연소부는 공기와 산소의 혼합 가스가 유입될 수 있는 가스 유입부와 점화 장치를 구비하며, 점화 장치는 원격 제어될 수 있게 구성된다. 상기 가스 유입부는 배관의 형태를 갖추며, 역류 방지 밸브가 있어 산소와 공기의 혼합 가스 주입 후 점화 장치를 동작 시켜 점화되면 폐쇄된다.

또한, 챔버 안에는 촉매가 적재된 촉매부(400)가 있어 암모니아 분해에 필요한 온도를 낮추어 준다. 촉매는 챔버 저면으로부터 채워져 암모니아가 충분한 구간을 두고 촉매를 통과하며 분해된다. 촉매부는 챔버의 반응실 높이 중간 이상까지 점유한다. 즉, 촉매는 반응실 중간 이상까지 채워져 암모니아가 분해되기에 충분한 경로를 점유한다. 촉매는 작은 알갱이들을 적재하여 기체가 통과할 수 있게 하거나, 다공질체 벌크로 구성할 수 있다.

촉매는 니켈-크롬, 니켈-철, 철 스크럽 등의 철계 촉매를 사용한다. 이로 인해 암모니아 분해 온도를 600 내지 700℃로 낮출 수 있다.

촉매 존재 하에 암모니아를 가열하여 열 분해를 일으키므로 챔버 내부 온도가 높아 챔버 벽을 내화재(500)로 구성한다. 챔버 벽은 외벽과 내벽으로 구성되고 외벽과 내벽은 틈새 공간을 두고, 상기 틈새 공간에는 단열 내지 열교환을 할 수 있는 내화재로 채워진다. 외벽과 내벽은 금속, 즉, SUS316, SUS400과 같은 소재로 구성하고, 내화재는 세라믹 파이버, 세라믹 파이버로 구성한 부직포, 하드 보드(세라믹재), 세라믹 블록 중 하나 이상으로 구성한다. 이들은 챔버 내 고온을 외부로 전달하지 않도록 차단하며, 배출되는 가스에 대해 열 교환 작용을 하여준다. 챔버 외벽의 온도는 50 내지 70℃로 유지되고, 배출 가스의 온도는 500 내지 600℃가 된다.

암모니아 분해로 생성된 질소와 수소는 챔버 상부에 있는 배출구(600)을 통해 배출된다.

배출구(600)와 암모니아 유입구 배관(200)에는 각각 역류 방지 장치(250, 650)가 구성되며, 이는 역류 장치 밸브일 수 있다.

암모니아 저감 장치의 배출구(600)는 공장 지붕의 굴뚝에 연결되며, 이를 위해 암모니아 저감 장치는 공장 지붕 근처 높이에 배치되며, 암모니아 유입구 배관(200)은 상당히 길게 아래로 연장되어 질화 처리장치에 연결된다. 유입구 배관(200)은 챔버를 지지하는 역할도 한다.

전체적으로, 작업장 저면에 질화 처리 장치가 다수 배치되고, 작업장 천장 근처에는 미 분해 암모니아 저감 장치가 배치되는 형태를 나타낸다. 질화 처리 장치로들 각각으로부터 위로 뻗은 암모니아 배출관들은 높이 연장되어 미 분해 암모니아 저감 장치의 유입구 배관이 되고, 하나의 미 분해 암모니아 저감 장치를 통해 미 분해 암모니아가 분해되어 배출구를 통해 배출되며, 배출구는 천장 너머 위로 높이 솟은 굴뚝에 연결된 상태가 된다.

도 3은 암모니아 가스 분해 공정의 온도 대비 분해율 및 잔류율을 도시한 표이다.

본래 암모니아는 800℃에서 99.99% 분해되고 0.012%만이 잔류한다. 그러나 본 발명의 촉매 존재 하에서는 650℃ 정도, 즉, 600 내지 700℃에서 암모니아가 99.9% 분해된다(잔류율 0.012%).

즉, 의 반응이 챔버에서 일어난다.

이와 같이 암모니아 분해 온도가 낮아지는 것은 연소에 드는 에너지 절감과 분해 산물의 배출온도의 저하와 같은 장점을 나타낸다.

또한, 연소용 버너를 히터로 대체할 수도 있다. 암모니아 분해 온도가 촉매로 인해 낮아지기 때문에 650 내지 700℃ 온도로 가열할 수 있는 히터를 설치하여 암모니아를 분해할 수 있다. 그러나 히터를 적용하는 것에 비해, 버너를 적용하는 것이 비용 면에서 더 저렴하고, 암모니아 저감 장치가 높은 곳에 배치됨을 고려할 때, 무게를 가볍게 하는 것이 안전하므로 버너로 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 배출구를 통해 배출되는 가스는 높은 굴뚝을 통해 배기되므로 안전성에는 문제가 없지만, 좀 더 온도를 낮추어 배출하고 폐열을 활용하는 친환경성을 고려하여 변형 실시예를 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 변형 실시예에 대한 구성도 이다.

챔버(100) 외벽면 둘레를 에워싸는 고리형 챔버(700)와 고리형 챔버(700) 하단부를 지지하는 지지체(750)를 더 구성한 것이다. 지지체는 다수의 배관일 수 있으며, 일부는 펌프를 포함하고, 나머지는 물을 배출할 수 있는 수전을 포함할 수 있다.

고리형 챔버(700)에는 물을 채워 폐열을 통해 가열할 수 있다. 가열된 물은 겨울에 난방용으로 사용할 수 있고, 여름에도 온수를 이용할 필요가 있는 곳에 사용할 수 있다.

또한, 물로 인해 챔버 외측은 좀 더 유리한 냉각 효과를 얻는다.

상술된 사항에서 별도의 정의가 없는 경우, 본 명세서에서 사용된 모든 기술 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다 또는 "가지다"라고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 단수형은 문맥에 의해 복수형을 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 챔버
200: 배관
300: 연소부
400: 촉매부
500: 내화재
600: 배출구
250, 650: 역류 방지 장치

Claims (7)

1. 질화 처리 장치에서 생성되는 미 분해 암모니아 가스를 분해하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치로서,
   암모니아 분해 반응이 일어나는 챔버;
   상기 챔버 하단에서 아래로 연장되어 질화 처리 장치의 암모니아 배출구에 이르는 암모니아 가스 유입구 배관;
   상기 챔버 외벽으로부터 챔버 안쪽으로 연결되고 가스 공급부와 점화장치를 구비한 연소부;
   상기 챔버 내부에 배치되어 유입구 배관으로 유입된 암모니아 분해를 돕는 철계 촉매가 적재된 촉매부;
   상기 챔버의 벽면에 배치되는 내화재; 및
   챔버 상단에 구비된 배출구;를 포함하여,
   작업장 저면부에 배치된 다수의 질화 처리 장치들 각각에 대해 암모니아 가스 유입구 배관을 연결하여 암모니아를 촉매 존재 하에 연소시켜 질소와 수소로 분해하고, 상기 배출구를 통해 배출하는 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유입구 배관, 연소부의 가스 공급부, 및 배출구는 역류 방지 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치.
3. 제1항에 있어서, 암모니아 분해 반응 온도는 600 내지 700℃이고, 분해율이 99.99%이고 잔류율이 0.012%인 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치.
4. 제1항에 있어서, 철계 촉매는 니켈-크롬, 니켈-철, 철 스크럽 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치.
5. 제1항에 있어서, 챔버 벽은 금속재의 외벽과 내벽을 포함하고, 상기 외벽과 내벽 사이 틈새 공간은 내화재로 채워지며, 상기 내화재는 세라믹 파이버, 세라믹 파이버로 구성한 부직포, 하드 보드, 세라믹 블록 중 하나 이상을 포함하여, 챔버 외부로의 열 전달을 차단하고 분해되어 배출되는 질소와 수소를 포함한 분해생성물에 대해 열 교환을 하여 주는 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치.
6. 제1항에 있어서, 암모니아 가스 유입구 배관은 작업장 저면부에 안착된 질화 처리 장치에 연결되어 미 분해 암모니아 가스 저감 장치를 지지하는 역할을 겸하고,
   상기 배출구는 작업장 천장 위로 솟은 굴뚝에 연결되는 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치.
7. 제1항에 있어서, 챔버 외측을 에워싸는 고리형 챔버와 상기 고리형 챔버를 지지하는 배관형 지지체를 더 포함하고,
   상기 고리형 챔버에는 물을 채워 폐열을 이용하여 물을 가열하여 사용하는 것을 특징으로 하는 미 분해 암모니아 가스 저감 장치.