KR20240060317A - 메탄 산화 촉매 재생 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메탄 산화 촉매 재생 시스템에 관한 것으로, 배기가스가 통과하도록 구비되는 메인배관과, 내부에 촉매가 설치되고 상기 메인배관 상에 설치되는 반응기와, 상기 배기가스의 흐름을 기준으로 상기 반응기의 상류 측과 하류 측에서 상기 메인배관과 연결되는 순환배관과, 상기 순환배관에 연결되어 상기 순환배관에 순환가스를 공급하도록 구비되는 순환가스 공급부와, 상기 메인배관과 상기 순환배관 사이를 개방 또는 폐쇄시키는 순환밸브와, 상기 순환가스 공급부에 연결된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 정화모드 동작 시에, 상기 메인배관으로 배기가스가 통과하도록, 상기 순환밸브를 폐쇄하게 하고, 재생모드 동작 시에, 상기 반응기와 상기 순환배관으로 순환가스가 순환하도록, 상기 순환밸브를 개방하게 하고, 상기 순환가스 공급부를 동작하게 한다.
Description
본 발명은 메탄 산화 촉매 재생 시스템에 관한 것이다.
자동차나 선박 등에 있어서 천연가스를 연료로 하는 엔진이 사용된다. 그런데 이러한 천연가스는 메탄을 주성분으로 포함하는 것으로, 메탄은 강력한 탄소-수소 결합을 갖고 있어서 상당히 안정한 상태로 존재하기 때문에, 엔진에서 완전히 소모되지 않고 배출될 수 있다. 이 경우 배기가스 온도 조건에서는 자연적으로 산화되지 않기 때문에, 엔진에서 배출되는 배기가스에는 미연소 메탄이 포함된다.
메탄은 이산화탄소에 비해 28배 이상으로 지구 온난화 지수가 높은 강력한 온실가스이므로, 배기가스에서 배출되는 메탄의 양을 줄여야 한다. 이를 위해 메탄을 산화시키는 촉매를 이용하여 배기가스 중의 미연소 메탄을 제거하고 있다.
그런데, 이러한 촉매는 유입되는 배기가스 내에 존재하는 소량의 황 성분에도 활성이 저하될 수 있어서 장시간 배기가스에 노출되면 내구성이 떨어지게 된다. 이에 의해 촉매의 미연소 메탄의 제거율이 떨어지게 되므로, 메탄 산화 촉매 반응기에 구비된 촉매를 재생시키기 위한 시스템이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 아래의 과제 중 적어도 하나를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 촉매의 배기가스 정화 성능을 향상시키는 메탄 산화 촉매 재생 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 메탄 산화 촉매의 사용에 따라 누적되는 황 성분을 주기적으로 제거하여 촉매의 내구성을 향상시키는 메탄 산화 촉매 재생 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 메탄 산화 촉매 재생 시스템은, 배기가스가 통과하도록 구비되는 메인배관과, 내부에 촉매가 설치되고 상기 메인배관 상에 설치되는 반응기와, 상기 배기가스의 흐름을 기준으로 상기 반응기의 상류 측과 하류 측에서 상기 메인배관과 연결되는 순환배관과, 상기 순환배관에 연결되어 상기 순환배관에 순환가스를 공급하도록 구비되는 순환가스 공급부와, 상기 메인배관과 상기 순환배관 사이를 개방 또는 폐쇄시키는 순환밸브와, 상기 순환가스 공급부에 연결된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 정화모드 동작 시에, 상기 메인배관으로 배기가스가 통과하도록, 상기 순환밸브를 폐쇄하게 하고, 재생모드 동작 시에, 상기 반응기와 상기 순환배관으로 순환가스가 순환하도록, 상기 순환밸브를 개방하게 하고, 상기 순환가스 공급부를 동작하게 한다.
상기 배기가스의 흐름방향을 기준으로, 상기 반응기의 상류 측의 상기 메인배관 상에 설치되고, 상기 프로세서와 연결되는 제1 개폐밸브와, 상기 반응기의 하류 측의 상기 메인배관 상에 설치되고, 상기 프로세서와 연결되는 제2 개폐밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 반응기의 상류 측과 상기 제1 개폐밸브 사이에서 상기 메인배관과 상기 순환배관이 연결되는 지점을 제1 연결지점이라 하고, 상기 반응기의 하류 측과 상기 제2 개폐밸브 사이에서 상기 메인배관과 상기 순환배관이 연결되는 지점을 제2 연결지점이라 할 때, 상기 순환배관의 상기 제1 연결지점 측 단부에 설치되고, 상기 프로세서와 연결되는 제1 순환밸브와, 상기 순환배관의 상기 제2 연결지점 측 단부에 설치되고, 상기 프로세서와 연결되는 제2 순환밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 메인배관에 연결되고, 상기 배기가스가 상기 반응기를 우회하여 배출되게 안내하는 우회배관과, 상기 우회배관의 전방 측 단부와 상기 메인배관 사이를 개폐하고, 상기 프로세서에 연결되는 제1 우회밸브와, 상기 우회배관의 후방 측 단부와 상기 메인배관 사이를 개폐하고 상기 프로세서에 연결되는 제2 우회밸브를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 정화모드 동작 시, 상기 제1 우회밸브와 상기 제2 우회밸브를 폐쇄하게 제어하고, 상기 재생모드 동작 시, 상기 제1 우회밸브와 상기 제2 우회밸브가 개방할 수 있다.
상기 순환배관 내의 순환가스의 순환을 유도하도록, 상기 순환배관 상에 설치되고 상기 프로세서와 연결되는 블로워를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 재생모드 동작 시, 상기 블로워가 동작할 수 있다.
상기 순환가스 공급부는 순환가스 공급원과, 상기 순환가스 공급원으로부터 공급되는 순환가스를 상기 순환배관으로 안내하는 공급배관과, 상기 공급배관에 설치되어 상기 공급배관을 개폐하고, 상기 프로세서와 연결되는 공급밸브를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 제1 개폐밸브와 상기 제2 개폐밸브가 개방되고 미리 설정된 사용시간 동안 배기가스가 상기 반응기를 통과하면, 상기 반응기 내부의 촉매가 비활성화된 것으로 판단하고, 상기 제1 개폐밸브와 상기 제2 개폐밸브를 폐쇄시키고, 상기 제1 우회밸브와 상기 제2 우회밸브를 개방시키고, 상기 제1 순환밸브와 상기 제2 순환밸브를 개방시켜서 상기 재생모드가 동작되게 할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 재생모드 동작의 초기에 미리 설정된 제1 순환시간 동안, 상기 순환배관으로 순환가스 공급과 함께 상기 반응기를 승온시키기 위한 가스를 주입하도록 상기 순환가스 공급부를 제어하고, 상기 제1 순환시간이 경과한 후, 상기 반응기를 승온시키기 위한 가스의 주입을 중단하고, 미리 설정된 제2 순환시간 동안 상기 순환배관으로 순환가스만 공급되게 상기 순환가스 공급부를 제어할 수 있다.
상기 순환배관을 순환하는 순환가스를 승온시키기 위해 상기 순환배관 상에 설치되고, 상기 프로세서와 연결되는 가열부재를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 재생모드 동작의 초기에 미리 설정된 제1 순환시간 동안, 상기 순환배관으로 순환가스 공급과 함께 상기 반응기를 승온시키기 위해 상가 가열부재가 동작하게 하고, 상기 제1 순환시간이 경과한 후, 상기 가열부재의 작동을 중단하고, 미리 설정된 제2 순환시간 동안 상기 순환배관으로 순환가스만 공급되도록 할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 제2 순환시간이 경과하면 상기 반응기 내부의 촉매가 재생되었다고 판단하고, 상기 제1 개폐밸브와 상기 제2 개폐밸브를 개방시키고, 상기 제1 우회밸브와 상기 제2 우회밸브를 폐쇄시키고, 상기 제1 순환밸브와 상기 제2 순환밸브를 폐쇄시켜서 상기 정화모드가 동작되게 할 수 있다.
상기 순환배관에 연결되고 상기 순환배관을 유동하는 순환가스를 외부로 배출하도록 구비되는 배출배관과, 상기 배출배관을 개폐하도록 구비되고 상기 프로세서에 연결되는 배출밸브를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 제2 순환시간 경과 후, 상기 정화모드 동작 전에, 상기 순환가스가 상기 순환배관의 외부로 배출되도록, 소정 시간 동안 상기 배출밸브가 개방되게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 장시간 사용으로 인해 비활성화된 메탄 산화 촉매를 재생함으로써, 촉매의 배기가스 정화 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 메탄 산화 촉매의 사용에 따라 누적되는 황 성분을 주기적으로 제거함으로써 촉매의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 메탄 산화 촉매 재생 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 메탄 산화 촉매 재생 시스템을 나타낸 개략도로, 재생모드를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 메탄 산화 촉매 재생 시스템을 나타낸 개략도로, 재생모드를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 메탄 산화 촉매 재생 시스템을 나타낸 개략도로, 재생모드를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 메탄 산화 촉매 재생 시스템을 나타낸 개략도로, 재생모드를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
먼저, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명인 메탄 산화 촉매 재생 시스템의 기술적인 특징을 이해시키기에 적합한 실시예들이다. 다만, 본 발명이 이하에서 설명되는 실시예에 한정하여 적용되거나 설명되는 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 특징이 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 메탄 산화 촉매 재생 시스템을 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 메탄 산화 촉매 재생 시스템을 나타낸 개략도로, 재생모드를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 메탄 산화 촉매 재생 시스템을 나타낸 개략도로, 재생모드를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 메탄 산화 촉매 재생 시스템(10)은, 메탄 산화 반응용 촉매를 재생하기 위한 시스템에 관한 것이다. 예를 들어 본 발명에 적용되는 촉매는 선박 등에 사용되는 연료의 연소 시 엔진으로부터 발생하는 배기가스 내에 포함된 메탄을 산화시키는 메탄 산화 반응용 촉매일 수 있다. 본 발명에 적용되는 촉매는 백금족 금속, 알칼리 금속, 기타 금속 또는 이들의 산화물 등 다양한 종류가 제한없이 적용될 수 있다.
엔진으로부터 발생하는 배기가스에는 인체에 유해한 황 산화물과 질소 산화물 등이 포함될 수 있는데, 본 발명에 적용되는 촉매는 배기가스에 포함된 유해한 가스를 정화시키는 역할을 할 수 있다. 그런데 촉매는 배기가스 내에 존재하는 소량의 황 성분에도 활성이 저하되는데, 이와 같이 촉매가 비활성화되면 배기가스 내 미연소 메탄 제거율이 떨어져서 지구온난화에 영향을 줄 수 있다. 본 발명에 따른 메탄 산화 촉매 재생 시스템(10)은, 반응기(100)에 순환 재생 구조를 추가하여 비활성화된 촉매를 재생시키기 위한 시스템이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 메탄 산화 촉매 재생 시스템(10)은, 메인배관(200)과, 반응기(100)와, 순환배관(400)과, 순환가스 공급부(450)와, 프로세서(600)를 포함한다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 메탄 산화 촉매 재생 시스템(10)은 우회배관(300)을 더 포함할 수 있다.
메인배관(200)은 배기가스가 통과하도록 구비된다. 그리고 반응기(100)는 내부에 촉매가 설치되고 메인배관(200) 상에 설치된다. 참고로 이하에서 설명하는 상류 측, 하류 측은 메인배관(200) 또는 우회배관(300) 내에서의 배기가스의 흐름 방향을 기준으로 한 것이다.
구체적으로 엔진에서 배출된 배기가스는, 배기가스에 포함된 유해가스를 정화하기 위해 반응기(100)가 설치된 메인배관(200)을 통과한다. 반응기(100) 내부에는 배기가스에 포함된 미연소 메탄과 질소화합물 등의 유해가스를 정화할 수 있는 촉매가 설치될 수 있다.
반응기(100)의 상류 측의 메인배관(200)으로 유입된 배기가스는 반응기(100)로 유입되어 촉매를 통과한 후 반응기(100) 하류 측의 메인배관(200)을 통과할 수 있다. 이와 같이 배기가스가 반응기(100)를 통과하면서 배기가스가 정화될 수 있고, 정화된 배기가스가 외부로 배출될 수 있다. 본 명세서에서는 메인배관(200)으로 배기가스가 통과하는 과정을 정화모드라 정의한다. 정화모드 동작 시에 배기가스 내의 황 성분에 의해 촉매의 활성이 저하될 수 있다.
본 발명은 메인배관(200)에 설치되는 제1 개폐밸브(210)와, 제2 개폐밸브(220)를 더 포함할 수 있다. 제1 개폐밸브(210)는 배기가스의 흐름방향을 기준으로, 반응기(100)의 상류 측의 메인배관(200) 상에 설치되고, 프로세서(600)와 연결될 수 있다. 그리고 제2 개폐밸브(220)는 반응기(100)의 하류 측의 메인배관(200) 상에 설치되고, 프로세서(600)와 연결될 수 있다. 제1 개폐밸브(210)와 제2 개폐밸브(220)는 반응기(100)를 통과하는 배기가스의 흐름을 제어한다.
순환배관(400)은 배기가스의 흐름을 기준으로 반응기(100)의 상류 측과 하류 측에서 메인배관(200)과 연결된다.
구체적으로 순환배관(400)은 메인배관(200)의 반응기(100)가 설치된 영역과 연결되어, 순환유로를 형성하는 역할을 할 수 있다. 제1 개폐밸브(210)와 제2 개폐밸브(220)가 폐쇄되면 순환배관(400)으로 공급된 순환가스가 순환배관(400)과 반응기(100)가 설치된 메인배관(200)을 순환하게 된다.
여기서 순환배관(400)에는 제1 순환밸브(410)와 제2 순환밸브(420)가 설치될 수 있다.
이하에서는 반응기(100)의 상류 측과 제1 개폐밸브(210) 사이에서 메인배관(200)과 순환배관(400)이 연결되는 지점을 제1 연결지점이라 하고, 반응기(100)의 하류 측과 제2 개폐밸브(220) 사이에서 메인배관(200)과 순환배관(400)이 연결되는 지점을 제2 연결지점이라 정의한다.
제1 순환밸브(410)는 순환배관(400)의 제1 연결지점 측 단부에 설치되고, 프로세서(600)와 연결된다. 그리고 제2 순환밸브(420)는 순환배관(400)의 제2 연결지점 측 단부에 설치되고, 프로세서(600)와 연결된다.
제1 순환밸브(410)와 제2 순환밸브(420)가 개방되면, 순환배관(400)과 메인배관(200) 사이에 순환유로가 형성된다. 시스템의 정화모드 동작 시 제1 순환밸브(410)와 제2 순환밸브(420)는 폐쇄된다.
본 발명의 실시예는 블로워(430)를 더 포함한다. 블로워(430)는 순환배관(400) 내의 순환가스의 순환을 유도하도록, 순환배관(400) 상에 설치되고 프로세서(600)와 연결될 수 있다. 제1 순환밸브(410)와 제2 순환밸브(420)가 개방되고 순환배관(400)에 순환가스가 주입되면, 블로워(430)가 작동되어 순환가스의 순환을 유도할 수 있다.
순환가스 공급부(450)는 순환배관(400)에 연결되어 순환배관(400)에 순환가스를 공급하도록 구비된다.
순환가스 공급부(450)를 통해 CH4, N2 등 촉매를 재생할 수 있는 순환가스가 주입될 수 있다. 그리고 필요 시 O2 등의 가스를 선택적으로 주입할 수 있다.
상기 순환가스 공급부(450)는, 순환가스 공급원과, 순환가스 공급원으로부터 공급되는 순환가스를 순환배관(400)으로 안내하는 공급배관(451)과, 공급배관(451)에 설치되어 공급배관(451)을 개폐하고, 프로세서(600)와 연결되는 공급밸브(452)를 포함할 수 있다.
구체적으로 순환가스 공급원은 순환가스 저장탱크 또는 외부에 연결된 공급원일 수 있다. 공급배관(451)은, 일단이 순환가스 공급원에 연결되고, 타단이 순환배관(400)에 연결되어, 순환가스 공급원에서 공급되는 순환가스를 순환배관(400)으로 안내할 수 있다. 공급밸브(452)는 공급배관(451)이 개폐되도록 구비될 수 있다.
우회배관(300)은 메인배관(200)에 연결되고, 배기가스가 반응기(100)를 우회하여 배출되게 안내할 수 있다. 우회배관(300)에는 제1 우회밸브(310)와, 제2 우회밸브(320)가 설치될 수 있다.
제1 우회밸브(310)는 우회배관(300)의 전방 측 단부와 메인배관(200) 사이를 개폐하고, 프로세서(600)에 연결될 수 있다. 제2 우회밸브(320)는 우회배관(300)의 후방 측 단부와 메인배관(200) 사이를 개폐하고 프로세서(600)에 연결될 수 있다.
재생모드에서 제1 우회밸브(310) 및 제2 우회밸브(320)의 개방에 의해, 메인배관(200)의 상류 측으로 유입된 배기가스가 반응기(100)를 우회하여 우회배관(300)을 이동한 후 배출될 수 있다.
프로세서(600)는 메인배관(200)과 순환배관(400) 사이를 개방 또는 폐쇄시키는 순환밸브와, 순환가스 공급부(450)에 연결되고 적어도 하나로 구비된다.
프로세서(600)는 중앙처리장치(central processing unit (CPU)), 어플리케이션 프로세서(600, application processor (AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서 (communication processor (CP)) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 프로세서(600)는, 예를 들면, 램프 장치(1)의 적어도 하나의 다른 구성요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다. 프로세서(600)는 예를 들어 메탄 산화 촉매 재생 시스템(10)에 구비된 각종 센서와 스위치를 통해 시스템의 상태를 감지를 할 수 있고, 이를 통한 각종 밸브와 순환가스 공급부(450) 등의 제어를 수행할 수 있다.
프로세서(600)는, 정화모드 동작 시에, 메인배관(200)으로 배기가스가 통과하도록, 순환밸브를 폐쇄하게 한다. 그리고 프로세서(600)는, 재생모드 동작 시에, 반응기(100)와 순환배관으로 순환가스가 순환하도록, 순환밸브를 개방하게 하고, 순환가스 공급부(450)를 동작하게 한다.
구체적으로 프로세서(600)는, 정화모드 동작 시, 제1 개폐밸브(210)와 제2 개폐밸브(220)를 개방하고, 재생모드 동작 시, 제1 개폐밸브(210)와 제2 개폐밸브(220)를 폐쇄할 수 있다.
그리고 프로세서(600)는, 정화모드 동작 시, 제1 우회밸브(310)와 제2 우회밸브(320)를 폐쇄하게 하고, 재생모드 동작 시, 제1 우회밸브(310)와 제2 우회밸브(320)가 개방할 수 있다.
그리고 프로세서(600)는, 정화모드 동작 시, 제1 순환밸브(410)와 제2 순환밸브(420)를 폐쇄하게 제어하고, 재생모드 동작 시, 제1 순환밸브(410)와 제2 순환밸브(420)가 개방할 수 있다.
또한 프로세서(600)는, 재생모드 동작 시, 블로워(430)가 동작할 수 있다.
한편 이하에서는 전술한 본 발명의 구성을 이용한 메탄 산화 촉매 재생 시스템(10)의 작동을 설명한다.
프로세서(600)는, 제1 개폐밸브(210)와 제2 개폐밸브(220)가 개방되고 미리 설정된 사용시간 동안 배기가스가 반응기(100)를 통과하면, 반응기(100) 내부의 촉매가 비활성화된 것으로 판단할 수 있다.
그리고 프로세서(600)는, 제1 개폐밸브(210)와 제2 개폐밸브(220)를 폐쇄시키고, 제1 우회밸브(310)와 제2 우회밸브(320)를 개방시키고, 제1 순환밸브(410)와 제2 순환밸브(420)를 개방시켜서 재생모드가 동작되게 할 수 있다.
구체적으로 메탄 산화 촉매를 이용한 배기가스 정화모드 동작 시에, 도 1에 도시된 바와 같이 프로세서(600)는 제1 개폐밸브(210)와 제2 개폐밸브(220)를 개방시켜서, 배기가스가 반응기(100)를 통과하도록 할 수 있다.
정화모드 동작 후에, 미리 설정된 사용시간(예를 들어 약 250 내지 300 시간 정도) 경과하면, 프로세서(600)는 반응기(100) 내부의 촉매가 비활성화된 상태라고 간주할 수 있다. 이때 사용시간은 작업자가 미리 설정한 시간으로, 시스템 환경에 따라 적절히 설정될 수 있다.
위와 같이 프로세서(600)가 촉매가 비활성화되었다고 판단하면, 프로세서(600)는 도 2에 도시된 바와 같은 재생모드가 동작되도록 시스템을 제어할 수 있다.
구체적으로 제1 개폐밸브(210)와 제2 개폐밸브(220)를 폐쇄시키고, 제1 우회밸브(310)와 제2 우회밸브(320)를 개방시키고, 제1 순환밸브(410)와 제2 순환밸브(420)를 개방시킬 수 있다. 이에 의해 반응기(100)가 설치된 메인배관(200) 영역과 순환배관(400) 사이에 순환유로가 형성될 수 있다.
프로세서(600)는, 재생모드 동작의 초기에 미리 설정된 제1 순환시간 동안, 순환배관(400)으로 순환가스 공급과 함께 반응기(100)를 승온시키기 위한 가스를 주입하도록 순환가스 공급부(450)를 동작할 수 있다.
그리고 프로세서(600)는, 제1 순환시간이 경과한 후, 반응기(100)를 승온시키기 위한 가스의 주입을 중단하고, 미리 설정된 제2 순환시간 동안 순환배관(400)으로 순환가스만 공급되게 순환가스 공급부(450)를 동작할 수 있다.
구체적으로 재생모드 동작은 2 단계로 구분되어 진행될 수 있다. 제1 단계는 제1 순환시간 동안 순환배관(400)에 순환가스가 공급됨과 동시에 반응기(100)를 가열하는 단계이다. 제2 단계는 제2 순환시간 동안 순환배관(400)에 순환가스만 공급되도록 하는 단계이다. 여기서 제1 순환시간과 제2 순환시간은 재생 시스템(10)의 작업 환경을 고려하여 작업자가 미리 설정한 시간일 수 있다.
먼저 제1 순환시간(예를 들어 약 5분 내지 10분 정도) 동안, 프로세서(600)는 순환가스 공급부(450)로 하여금 순환배관(400)에 산소를 함께 주입하게 하여, 이때 발생하는 산화열로 반응기(100)의 온도를 소정 온도(예를 들어 약 600℃ 정도)으로 상승시킨다. 다시 말해 메탄 산화반응용 촉매로부터 황 산화물을 제거하기 위해, CH4, N2 등의 순환가스를 주입할 수 있고, 동시에 산소(O2)를 함께 주입하면서 산화열로 반응기(100)의 온도가 올라가게 할 수 있다.
이때 프로세서(600)는 블로워(430)가 동작하도록 제어하여, 순환가스의 순환을 유도할 수 있다. 순환가스에는 수분이 거의 포함되어 있지 않으므로, 순환가스 순환 시에 반응기(100) 내의 촉매의 비활성화가 진행되지 않을 수 있다.
제1 순환시간 동안 반응기(100)를 승온시킨 후에, 제2 순환시간(예를 들어 약 30분 정도) 동안, 프로세서(600)는 순환가스 공급부(450)로 하여금 순환배관(400)에 순환가스(예를 들어 CH4, N2 등)만 주입되게 할 수 있다.
이때에도 프로세서(600)는 블로워(430)가 동작하도록 제어하여, 순환가스의 원활한 순환을 도울 수 있다.
한편 도 3에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 메탄 산화 촉매 재생 시스템(10)이 도시된다. 본 발명의 다른 실시예에 의한 메탄 산화 촉매 재생 시스템(10)은 도 2에 도시된 일 실시예에 비해 제1 순환시간 동안 반응기(100)를 가열하는 방법에 있어서 차이가 있다.
본 발명의 다른 실시예는 가열부재(460)를 더 포함할 수 있다. 가열부재(460)는 순환배관(400)을 순환하는 순환가스를 승온시키기 위해 순환배관(400) 상에 설치되고, 프로세서(600)와 연결될 수 있다.
예를 들어 가열부재(460)는, 히터일 수 있다. 가열부재(460)는 순환배관(400)과 연결되거나, 순환배관(400)의 내부 또는 외면에 설치될 수 있다. 가열부재(460)가 작동되면 순환배관(400)을 순환하는 순환가스 가열될 수 있고, 결과적으로 반응기(100)에 열이 전달되어 반응기(100)가 가열될 수 있다.
프로세서(600)는, 재생모드 동작의 초기에 미리 설정된 제1 순환시간 동안, 순환배관(400)으로 순환가스 공급과 함께 반응기(100)를 승온시키기 위해 상가 가열부재(460)가 동작할 수 있다.
그리고 프로세서(600)는, 제1 순환시간이 경과한 후, 가열부재(460)의 작동을 중단하고, 미리 설정된 제2 순환시간 동안 순환배관(400)으로 순환가스만 공급되도록 할 수 있다.
구체적으로 다른 실시예에 따른 재생모드 동작도 2단계로 구분되어 진행될 수 있다. 먼저 제1 순환시간(예를 들어 약 5분 내지 10분 정도) 동안, 프로세서(600)는 가열부재(460)가 동작하도록 하여, 이때 발생하는 열로 반응기(100)의 온도를 소정 온도(예를 들어 약 600℃ 정도)으로 상승시킨다. 다시 말해 메탄 산화반응용 촉매로부터 황 산화물을 제거하기 위해, CH4, N2 등의 순환가스를 주입할 수 있고, 동시에 가열부재(460)를 동작 시켜 반응기(100)의 온도가 올라가게 할 수 있다.
이때 프로세서(600)는 블로워(430)가 동작하도록 제어하여, 순환가스의 순환을 유도할 수 있다. 순환가스에는 수분이 거의 포함되어 있지 않으므로, 순환가스 순환 시에 반응기(100) 내의 촉매의 비활성화가 진행되지 않을 수 있다.
제1 순환시간 동안 반응기(100)를 승온시킨 후에, 제2 순환시간(예를 들어 약 30분 정도) 동안, 프로세서(600)는, 가열부재(460)의 작동을 중단시키고, 순환가스 공급부(450)로 하여금 순환배관(400)에 순환가스(예를 들어 CH4, N2 등)만 주입되게 할 수 있다.
이때에도 프로세서(600)는 블로워(430)가 동작하도록 제어하여, 순환가스의 원활한 순환을 도울 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예에 따른 재생모드에서 반응기를 승온시키기 위해, 순환가스 공급부에서 산소를 공급하는 방식과, 가열부재를 작동시키는 방식은 독립적으로 수행될 수도 있으나, 함께 진행될 수도 있다.
한편 프로세서(600)는, 제2 순환시간이 경과하면 반응기(100) 내부의 촉매가 재생되었다고 판단할 수 있다.
그리고 프로세서(600)는, 제1 개폐밸브(210)와 제2 개폐밸브(220)를 개방시키고, 제1 우회밸브(310)와 제2 우회밸브(320)를 폐쇄시키고, 제1 순환밸브(410)와 제2 순환밸브(420)를 폐쇄시켜서 정화모드가 동작되게 할 수 있다(도 1 참조).
이에 의해 메인배관(200)의 상류 측에 유입된 배기가스는, 반응기(100)를 통과하면서 배기가스에 함유된 미연소 메탄을 반응기(100)로 제거할 수 있다. 이때 반응기(100) 내의 촉매는 재생모드 동작을 통해 재생되어 활성화된 상태이므로, 미연소 메탄을 제거하는 성능이 초기 상태와 유사하게 향상된 상태일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면 촉매를 재생하기 위해 순환가스가 순환되는 구조를 적용하여, 재생을 위해 소요되는 순환가스의 양을 감소시킬 수 있다. 그리고 순환배관에 순환가스를 지속적으로 가열해서 주입할 필요없이, 소정 시간 산소 주입 또는 가열부재 가동만으로 반응기를 충분히 승온시킬 수 있는 이점이 있다.
한편 본 발명은 순환배관(400)에 연결되고 순환배관(400)을 유동하는 순환가스를 외부로 배출하도록 구비되는 배출배관(470)과, 배출배관(470)을 개폐하도록 구비되고 프로세서(600)에 연결되는 배출밸브(471)를 더 포함할 수 있다.
프로세서(600)는, 제2 순환시간 경과 후, 정화모드 동작 전에, 순환가스가 순환배관(400)의 외부로 배출되도록, 소정 시간 동안 배출밸브(471)가 개방되게 할 수 있다. 이때 순환가스의 원활한 배출을 위해 공급배관(451)이 개방될 수 있다.
구체적으로 순환가스에 의해 메탄 산화 반응기(100) 내의 촉매가 재생되면, 촉매에 흡착되어 있던 황 산화물이 제거된다. 이에 의해 재생모드 동작이 종료된 후 순환배관(400)을 순환하는 순환가스 내에 고농도의 황 산화물이 포함되게 된다.
이를 제거하기 위해, 재생모드 동작 종료 후 제1 개폐밸브(210)와 제2 개폐밸브(220)가 개방되기 전에, 프로세서(600)는, 순환배관(400)에 연결된 배출배관(470)의 배출밸브(471)가 개방되게 할 수 있다. 이에 의해 고동도 산화물이 포함된 순환가스가 외부로 배출될 수 있다.
또한 배출배관(470)에 설치된 배출밸브(471)는 재생모드가 시작되어 순환가스가 순환배관(400)으로 유입될 때, 순환배관(400)과 메인배관(200)에 남아있는 배기가스를 외부로 배출하기 위해 개방될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 장시간 사용으로 인해 비활성화된 메탄 산화 촉매를 재생함으로써, 촉매의 배기가스 정화 성능을 향상시킬 수 있다. 그리고 메탄 산화 촉매의 사용에 따라 누적되는 황 성분을 주기적으로 제거함으로써 촉매의 내구성을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다.
10: 메탄 산화 촉매 재생 시스템
100: 반응기
200: 메인배관
210: 제1 개폐밸브
220: 제2 개폐밸브
300: 우회배관
310: 제1 우회밸브
320: 제2 우회밸브
400: 순환배관
410: 제1 순환밸브
420: 제2 순환밸브
430: 블로워
450: 순환가스 공급부
451: 공급배관
452: 공급밸브
460: 가열부재
470: 배출배관
471: 배출밸브
600: 프로세서
100: 반응기
200: 메인배관
210: 제1 개폐밸브
220: 제2 개폐밸브
300: 우회배관
310: 제1 우회밸브
320: 제2 우회밸브
400: 순환배관
410: 제1 순환밸브
420: 제2 순환밸브
430: 블로워
450: 순환가스 공급부
451: 공급배관
452: 공급밸브
460: 가열부재
470: 배출배관
471: 배출밸브
600: 프로세서
Claims (11)
- 배기가스가 통과하도록 구비되는 메인배관;
내부에 촉매가 설치되고 상기 메인배관 상에 설치되는 반응기;
상기 배기가스의 흐름을 기준으로 상기 반응기의 상류 측과 하류 측에서 상기 메인배관과 연결되는 순환배관;
상기 순환배관에 연결되어 상기 순환배관에 순환가스를 공급하도록 구비되는 순환가스 공급부; 및
상기 메인배관과 상기 순환배관 사이를 개방 또는 폐쇄시키는 순환밸브와, 상기 순환가스 공급부에 연결된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
정화모드 동작 시에, 상기 메인배관으로 배기가스가 통과하도록, 상기 순환밸브를 폐쇄하게 하고,
재생모드 동작 시에, 상기 반응기와 상기 순환배관으로 순환가스가 순환하도록, 상기 순환밸브를 개방하게 하고, 상기 순환가스 공급부를 동작하게 하는 메탄 산화 촉매 재생 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 배기가스의 흐름방향을 기준으로, 상기 반응기의 상류 측의 상기 메인배관 상에 설치되고, 상기 프로세서와 연결되는 제1 개폐밸브; 및
상기 반응기의 하류 측의 상기 메인배관 상에 설치되고, 상기 프로세서와 연결되는 제2 개폐밸브를 더 포함하는 메탄 산화 촉매 재생 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 반응기의 상류 측과 상기 제1 개폐밸브 사이에서 상기 메인배관과 상기 순환배관이 연결되는 지점을 제1 연결지점이라 하고, 상기 반응기의 하류 측과 상기 제2 개폐밸브 사이에서 상기 메인배관과 상기 순환배관이 연결되는 지점을 제2 연결지점이라 할 때,
상기 순환배관의 상기 제1 연결지점 측 단부에 설치되고, 상기 프로세서와 연결되는 제1 순환밸브; 및
상기 순환배관의 상기 제2 연결지점 측 단부에 설치되고, 상기 프로세서와 연결되는 제2 순환밸브를 더 포함하는 메탄 산화 촉매 재생 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 메인배관에 연결되고, 상기 배기가스가 상기 반응기를 우회하여 배출되게 안내하는 우회배관;
상기 우회배관의 전방 측 단부와 상기 메인배관 사이를 개폐하고, 상기 프로세서에 연결되는 제1 우회밸브; 및
상기 우회배관의 후방 측 단부와 상기 메인배관 사이를 개폐하고 상기 프로세서에 연결되는 제2 우회밸브를 더 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 정화모드 동작 시, 상기 제1 우회밸브와 상기 제2 우회밸브를 폐쇄하도록 하고,
상기 재생모드 동작 시, 상기 제1 우회밸브와 상기 제2 우회밸브를 개방하도록 하는 메탄 산화 촉매 재생 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 순환배관 내의 순환가스의 순환을 유도하도록, 상기 순환배관 상에 설치되고 상기 프로세서와 연결되는 블로워를 더 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 재생모드 동작 시, 상기 블로워가 동작하도록 하는 메탄 산화 촉매 재생 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 순환가스 공급부는,
순환가스 공급원;
상기 순환가스 공급원으로부터 공급되는 순환가스를 상기 순환배관으로 안내하는 공급배관;
상기 공급배관에 설치되어 상기 공급배관을 개폐하고, 상기 프로세서와 연결되는 공급밸브를 포함하는 메탄 산화 촉매 재생 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제1 개폐밸브와 상기 제2 개폐밸브가 개방되고 미리 설정된 사용시간 동안 배기가스가 상기 반응기를 통과하면, 상기 반응기 내부의 촉매가 비활성화된 것으로 판단하고,
상기 제1 개폐밸브와 상기 제2 개폐밸브를 폐쇄시키고, 상기 제1 우회밸브와 상기 제2 우회밸브를 개방시키고, 상기 제1 순환밸브와 상기 제2 순환밸브를 개방시켜서 상기 재생모드가 동작되도록 하는 메탄 산화 촉매 재생 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 재생모드 동작의 초기에 미리 설정된 제1 순환시간 동안, 상기 순환배관으로 순환가스 공급과 함께 상기 반응기를 승온시키기 위한 가스를 주입하도록 상기 순환가스 공급부를 제어하고,
상기 제1 순환시간이 경과한 후, 상기 반응기를 승온시키기 위한 가스의 주입을 중단하고, 미리 설정된 제2 순환시간 동안 상기 순환배관으로 순환가스만 공급되게 상기 순환가스 공급부를 제어하는 메탄 산화 촉매 재생 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 순환배관을 순환하는 순환가스를 승온시키기 위해 상기 순환배관 상에 설치되고, 상기 프로세서와 연결되는 가열부재를 더 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 재생모드 동작의 초기에 미리 설정된 제1 순환시간 동안, 상기 순환배관으로 순환가스 공급과 함께 상기 반응기를 승온시키기 위해 상가 가열부재가 동작하게 하고,
상기 제1 순환시간이 경과한 후, 상기 가열부재의 작동을 중단하고, 미리 설정된 제2 순환시간 동안 상기 순환배관으로 순환가스만 공급되도록 하는 메탄 산화 촉매 재생 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제2 순환시간이 경과하면 상기 반응기 내부의 촉매가 재생되었다고 판단하고,
상기 제1 개폐밸브와 상기 제2 개폐밸브를 개방시키고, 상기 제1 우회밸브와 상기 제2 우회밸브를 폐쇄시키고, 상기 제1 순환밸브와 상기 제2 순환밸브를 폐쇄시켜서 상기 정화모드가 동작되게 하는 메탄 산화 촉매 재생 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 순환배관에 연결되고 상기 순환배관을 유동하는 순환가스를 외부로 배출하도록 구비되는 배출배관과, 상기 배출배관을 개폐하도록 구비되고 상기 프로세서에 연결되는 배출밸브를 더 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 제2 순환시간 경과 후, 상기 정화모드 동작 전에, 상기 순환가스가 상기 순환배관의 외부로 배출되도록, 소정 시간 동안 상기 배출밸브가 개방되게 하는 메탄 산화 촉매 재생 시스템.
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KR1020220141780A KR20240060317A (ko) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 메탄 산화 촉매 재생 시스템 |
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KR1020220141780A KR20240060317A (ko) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 메탄 산화 촉매 재생 시스템 |
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Family Applications (1)
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KR1020220141780A KR20240060317A (ko) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 메탄 산화 촉매 재생 시스템 |
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2022
- 2022-10-28 KR KR1020220141780A patent/KR20240060317A/ko unknown
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