WO2017078377A2 - 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치 - Google Patents

오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a process off-gas pollutant removal device comprising means for regenerating an oxidation catalyst contaminated due to process off-gas pollutant removal.
  • Oxidation catalysts are used to remove flammable contaminants, such as CO and HC, generated and released from industrial sites, and become selective reduction catalysts (SCR) to remove NOx. That is, CO and HC included in the process exhaust gas may be oxidized through an oxidation catalyst, and NOx may be reduced through SCR.
  • SCR selective reduction catalysts
  • the oxidation catalyst may be rapidly poisoned by trace amounts of organic and inorganic substances contained in the process exhaust gas.
  • the SCR must maintain a starting temperature of about 230 ° C. or higher to remove NOx.
  • the process exhaust gas When the process exhaust gas is low in temperature depending on the process, the process exhaust gas is heated to increase the temperature, so that the SCR can remove NOx.
  • the organic material When regenerating the poisoned oxidation catalyst under high temperature conditions, the organic material may be oxidized and removed from the oxidation catalyst to restore the reactivity of the oxidation catalyst. However, in the case of inorganic materials, simply reheating the oxidation catalyst does not recover the reactivity of the oxidation catalyst.
  • the oxidation conversion rate of CO and HC by the oxidation catalyst is maintained at the first level at the first high temperature condition, and when poisoning by the inorganic material, the oxidation conversion rate is higher than the first level. It is sharply lowered to a lower second level.
  • the present invention has been made on the basis of the above technical background, and the present invention includes a regeneration means for regenerating a contaminated oxidation catalyst that effectively regenerates an oxidation catalyst contaminated by a process exhaust gas containing a combustible material, an organic material, an inorganic material, and NOx.
  • a regeneration means for regenerating a contaminated oxidation catalyst that effectively regenerates an oxidation catalyst contaminated by a process exhaust gas containing a combustible material, an organic material, an inorganic material, and NOx.
  • the process exhaust gas pollutant removal device including the regeneration means of the contaminated oxidation catalyst according to an embodiment of the present invention, the process exhaust gas of the first temperature containing the combustible material, organic material, inorganic material and nitrogen oxides
  • An oxidation catalyst tower having an oxidation catalyst for oxidizing and removing the combustible material connected to a circulating pipe and a synthesis gas having a high temperature of 300 ° C. or higher containing hydrogen in a plasma reaction connected to the oxidation catalyst tower in front of the oxidation catalyst It may include a plasma reactor to generate and supply to the oxidation catalyst to regenerate the oxidation catalyst poisoned with organic and inorganic materials.
  • a reduction catalyst tower may further include a reduction catalyst tower connected to the oxidation catalyst tower to include a selective reduction catalyst for removing the nitrogen oxide included in the process exhaust gas at a second temperature higher than the first temperature.
  • the method may further include a first control valve configured to supply the process discharge gas of the first temperature to the oxidation catalyst from the tube or to bypass the oxidation catalyst to the reduction catalyst tower.
  • the selective reduction catalyst may be heated to a starting temperature by the process discharge gas of the second temperature via the oxidation catalyst.
  • the plasma reactor includes: a housing having a fuel supply port and an air supply port on one side and a discharge port for discharging a synthesis gas containing hydrogen on the other side and grounded; And an electrode provided between the fuel supply port and the air supply port and to which a voltage is applied.
  • the housing may include a plasma reaction space extended between the front of the electrode and the discharge port.
  • the plasma reactor may further include a reforming catalyst communicating with the plasma reaction space formed between the fuel supply port and the air supply port of the housing.
  • the plasma reactor may further supply fuel and air by including an additional fuel supply port and an additional air supply port between the plasma reaction space of the housing and the reforming catalyst.
  • the apparatus may further include a bypass tube for connecting the first control valve to the oxidation catalyst tower to bypass the oxidation catalyst.
  • the oxidation catalyst tower includes a first oxidation catalyst tower and a second oxidation catalyst tower, which are arranged in parallel and selectively connected to the selective reduction catalyst by a second control valve, wherein the first control valve comprises: A front of the oxidation catalyst may be selectively connected to the first oxidation catalyst tower and the second oxidation catalyst tower.
  • the plasma reactor may be selectively connected to the first oxidation catalyst tower and the second oxidation catalyst tower via a third control valve.
  • a first control valve provided at the front of the oxidation catalyst tower to control the process discharge gas of the first temperature supplied to the oxidation catalyst tower and the rear of the oxidation catalyst tower and supplied from the oxidation catalyst tower; It may further include a second control valve for intermittent process exhaust gas of two temperatures.
  • the plasma reactor is provided on a bypass pipe connecting the first control valve and the second control valve, and closes a closed loop formed by the selective operation of the first control valve and the second control valve.
  • Plasma reaction may be performed by air supplied separately from the circulating process exhaust gas of the first temperature to generate a synthesis gas having a high temperature of 300 ° C. or more including hydrogen.
  • It may further include an ozone generator connected to the catalyst tower in front of the catalyst for supplying ozone.
  • one side of the rear side of the oxidation catalyst is connected to the oxidation catalyst tower, the other side via the first control valve may further include a bypass tube connected to the tube.
  • the oxidation catalyst tower includes a first oxidation catalyst tower and a second oxidation catalyst tower, which are arranged in parallel and selectively connected to the selective reduction catalyst by a second control valve, wherein the first control valve comprises: A front of the oxidation catalyst may be selectively connected to the first oxidation catalyst tower and the second oxidation catalyst tower.
  • a supply line connected to the plasma reactor and the ozone generator for selectively supplying hydrogen and ozone may be selectively provided to the first oxidation catalyst tower and the second oxidation catalyst tower through the third control valve.
  • the ozone generator may be selectively connected to the first oxidation catalyst tower and the second oxidation catalyst tower through a fourth control valve.
  • the first oxidation catalyst and the second oxidation catalyst may be formed in one or more stages in the first oxidation catalyst tower and the second oxidation catalyst tower.
  • the air supplied to the plasma reactor may be set to 10 to 100% of the combustion equivalent ratio.
  • the reduction catalyst tower may be provided at the rear of the oxidation catalyst tower.
  • the first control valve is to control the process discharge gas of the first temperature supplied from the tube to the oxidation catalyst tower
  • the second control valve is, the second supply valve is supplied from the oxidation catalyst tower to the reduction catalyst tower
  • the process discharge gas of 2 temperature can be interrupted.
  • the reduction catalyst tower may be provided in front of the oxidation catalyst tower and connected to the pipe body, and a heat exchanger may be installed in the pipe body and the rear pipe body of the oxidation catalyst tower.
  • the first control valve controls the process discharge gas of the first temperature supplied from the reduction catalyst tower to the oxidation catalyst tower, and the second control valve is supplied to the heat exchanger side from the oxidation catalyst tower.
  • the process discharge gas of a 2nd temperature can be interrupted.
  • the oxidation catalyst poisoned to the inorganic material may be regenerated under the condition that the temperature of the process discharge gas is higher than the set value (350 ° C.).
  • the process exhaust gas is advanced at a temperature higher than the set value to remove the inorganic material
  • the process exhaust gas is advanced at a temperature lower than the set value to oxidize and remove the organic material.
  • the process exhaust gas pollutant removal apparatus including the regeneration means of the contaminated oxidation catalyst according to the embodiment of the present invention can effectively regenerate the contaminated oxidation catalyst from the combustible material, the organic material, the inorganic material, and the NOx.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including a regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a plasma reactor applied to FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing another plasma reactor applied to FIG.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart of a process exhaust gas pollutant removal method including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a third embodiment of the present invention shown in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a time chart illustrating an operation stop of the plasma reactor and the ozone generator according to the flowchart of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including a regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram of a process exhaust gas pollutant removal apparatus including a regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removing apparatus including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a modification of the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a plasma reactor applied to FIG. 12.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including a regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a first embodiment of the present invention.
  • a process exhaust gas pollutant removing apparatus 101 including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst is connected to a tubular body 10 and a tubular body 10 through which the process exhaust gas is circulated, and the oxidation catalyst 21
  • An oxidation catalyst tower (20) having a built-in) and a plasma reactor 40 for generating a high temperature synthesis gas containing hydrogen.
  • Process emissions are generated and discharged at each process in the industrial site and, in the case of high temperature processes, include pollutants such as combustibles, organics and inorganics with NOx emissions.
  • pollutants such as combustibles, organics and inorganics with NOx emissions.
  • combustible materials include CO and HC
  • inorganic materials include sulfur and fluorine compounds.
  • the process exhaust gas flowing into the tube body 10 in the production process maintains a first temperature level set according to the process.
  • the oxidation catalyst 21 is embedded in the oxidation catalyst tower 20, and after removing the combustible material contained in the process discharge gas flowing into the front of the oxidation catalyst 21 with respect to the flow of the process discharge gas, by the oxidation catalyst action, The process discharge gas is sent to the rear of the oxidation catalyst 21.
  • the oxidation catalyst 21 may be poisoned by contaminants such as organic substances and inorganic substances included in the process exhaust gas, thereby degrading activity. At this time, when a synthesis gas of high temperature (for example, 350 ° C. or more) containing hydrogen generated in the plasma reactor 40 and supplied to the front of the oxidation catalyst 21 is supplied to the oxidation catalyst 21, the oxidation catalyst 21 ) Can be reproduced.
  • a synthesis gas of high temperature for example, 350 ° C. or more
  • the high temperature synthesis gas containing hydrogen oxidizes and removes flammable materials from the oxidation catalyst 21, and the organic and inorganic materials poisoning the oxidation catalyst 21 are poisoned because the inorganic material volatilizes or reacts with hydrogen on the surface of the catalyst. Removed.
  • the process discharge gas discharged from the oxidation catalyst tower 20 maintains a second temperature (eg, 255 ° C.) level higher than the first temperature (eg, 222 ° C.). While being discharged backwards.
  • a second temperature eg, 255 ° C.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a plasma reactor applied to FIG. 1.
  • the plasma reactor 40 includes a housing 41 that is electrically grounded, and an electrode 42 embedded in the housing 41 to apply a voltage (V).
  • the housing 41 includes a fuel supply port 43 and an air supply port 44 on one side of the housing 41, and a discharge port 45 on the other side.
  • the fuel supply port 43 and the air supply port 44 respectively supply fuel and air to the discharge gap G, and the discharge port 45 discharges the synthesis gas containing hydrogen generated by the plasma reaction.
  • the electrode 42 may be provided at an inflow side of the housing 41 to which fuel and air are supplied.
  • the electrode 42 is disposed between the fuel supply port 43 and the air supply port 44. Accordingly, when the voltage V is applied to the electrode 42 while the housing 41 is grounded, an arc is generated in the discharge gap G set between the electrode 42 and the housing 41 to supply the fuel. And plasma to generate a plasma reaction.
  • the fuel used may be a hydrocarbon-based fuel including hydrogen, such as LNG.
  • the housing 41 includes a plasma reaction space S between the fuel supply port 43 and the air supply port 44 and the discharge port 45. Therefore, the arc generated in the discharge gap G set between the electrode 42 and the housing 41 diffuses into the plasma reaction in the plasma reaction space S to generate a high temperature synthesis gas containing hydrogen.
  • the plasma reaction space S formed inside the housing 41 facilitates the plasma reaction and allows high temperature hydrogen and syngas to be ejected through the discharge port 45.
  • Process exhaust gas may be produced in an industrial process and continuously supplied at a high flow rate through the tubular body 10.
  • the plasma reactor 40 generates hydrogen by generating a plasma reaction, which is a partial oxidation reaction, so that hydrogen can be supplied to the oxidation catalyst 21 within the shortest time.
  • a plasma reaction which is a partial oxidation reaction
  • By-products of the partial oxidation reaction are discharged to a high temperature state through the discharge port 45 in the plasma reaction space (S).
  • a synthesis gas containing 300 to 600 ° C. or more of hydrogen may be generated and supplied to the oxidation catalyst 21 without undergoing a separate heating step. That is, the arc-shaped plasma may form a relatively high temperature condition in the plasma reaction space S in the plasma reactor 40.
  • Synthesis gas containing hydrogen generated in the plasma reactor 40 is supplied to the oxidation catalyst 21 of the oxidation catalyst tower (20). At the same time, the process exhaust gas of the first temperature flowing into the tubular body 10 is discharged via the oxidation catalyst 21.
  • the oxidation catalyst 21 poisoned by the organic material and the inorganic material included in the process exhaust gas is regenerated by exposure to high temperature conditions by a synthesis gas containing hydrogen of 300 to 600 ° C or more. That is, the organic material and the inorganic material (X) of the poisoned oxidation catalyst 21 are volatilized at a high temperature to be removed from the surface of the catalyst or combined in the form of hydrogen and HnXm to be separated and removed from the oxidation catalyst 21.
  • the process discharge gas discharged from the oxidation catalyst tower 20 is heated to a second temperature level higher than the first temperature.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing another plasma reactor applied to FIG.
  • the plasma reactor 60 may further include a reforming catalyst 61. That is, the reforming catalyst 61 communicates with the plasma reaction space S formed between the fuel supply port 43 and the air supply port 44 of the housing 641 and the discharge port 45.
  • the reforming reaction caused by the catalyst may be further caused, thereby reducing the power required for the plasma reaction. Therefore, energy applied to the electrode 42 at the voltage V for hydrogen generation may be reduced, and a processing capacity for oxidizing and removing contaminants included in the process discharge gas may be increased.
  • the plasma reactor 60 further includes a fuel additional supply port 643 and an additional air supply supply port 644 between the plasma reaction space S of the housing 641 and the reforming catalyst 61 to further add fuel and air. When supplied, the plasma generated and discharged in the plasma reaction space S may be further extended.
  • the further extended plasma may be supplied to the reforming catalyst 61 to further activate the reforming reaction of the reforming catalyst to maximize the reforming action of the reforming catalyst 61. That is, the plasma reaction space (S) and the reforming catalyst (61) facilitate the plasma reaction more, and eject a large amount of high-temperature hydrogen and synthesis gas through the discharge port 45, so that it can be effectively applied to a large flow rate industrial process.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a second embodiment of the present invention.
  • the first control valve V1 of the process exhaust gas pollutant removing apparatus 102 including regeneration means of the contaminated oxidation catalyst is installed in the tube body 10 to the tube body 10 in an industrial process. Select the path of the process discharge gas of the first temperature that is introduced into the oxidation catalyst tower (20).
  • the first control valve V1 is controlled to supply the process discharge gas at the first temperature to the oxidation catalyst 21 or to bypass the oxidation catalyst 21.
  • the first control valve V1 may bypass the process discharge gas upon regeneration of the oxidation catalyst 21.
  • a bypass tube 50 is provided, and the bypass tube 50 is connected to the tube body 10 in front of the oxidation catalyst 21 to bypass the oxidation catalyst 21 and the It is connected to the oxidation catalyst tower 20 at the rear.
  • the first control valve V1 is installed at the connection portion between the pipe body 10 and the bypass pipe body 50 to select the flow of the process discharge gas at the first temperature to the front or rear of the oxidation catalyst 21.
  • the plasma reactor 40 is connected to the oxidation catalyst tower 20 at the rear of the first control valve V1 and in front of the oxidation catalyst 21. Therefore, when the first control valve V1 is controlled to bypass the process discharge gas to the bypass pipe body 50, the plasma reactor 40 generates a synthesis gas containing hydrogen through a plasma reaction to produce an oxidation catalyst 21. To supply.
  • bypass pipe body 50 and the first control valve V1 allow the process discharge gas of the first temperature introduced into the pipe body 10 to be discharged without passing through the oxidation catalyst 21.
  • the first control valve V1 is periodically switched to selectively connect the tubular body 10 to the front and rear of the oxidation catalyst 21.
  • the plasma reactor 40 is driven periodically to periodically supply hydrogen and a synthesis gas containing hydrogen to the oxidation catalyst 21. Therefore, the poisoned oxidation catalyst 21 can be periodically regenerated.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a third embodiment of the present invention.
  • the process exhaust gas pollutant removing apparatus 103 including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst includes an ozone generator 90 that supplies ozone to the front of the oxidation catalyst 21.
  • an ozone generator 90 that supplies ozone to the front of the oxidation catalyst 21.
  • the ozone generator 90 is connected to the oxidation catalyst tower 20 to supply the generated ozone to the front of the oxidation catalyst 21.
  • the plasma reactor 40 and the ozone generator 90 may be driven at different times, respectively, and generate hydrogen and ozone, respectively, and supply the hydrogen and ozone to the oxidation catalyst 21.
  • the ozone generator 90 is configured to generate ozone from air or oxygen supplied to one side. Ozone can oxidize and remove the organic material from the poisoned oxidation catalyst 21.
  • FIG. 6 is a flowchart of a process exhaust gas pollutant removal method including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a third embodiment of the present invention shown in FIG. 5, and FIG. 7 is a plasma reactor and ozone according to the flowchart of FIG. A time chart showing the generator's shutdown.
  • a process exhaust gas pollutant removal method including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst may include a first step ST1, a second step ST2, a third step ST3, and a fourth step. Step ST4 and fifth step ST5 are included.
  • the removal method will be described with reference to the third embodiment.
  • the first step ST1 bypasses the oxidation catalyst 21 by blocking the process discharge gas in order to regenerate the poisoned oxidation catalyst 21.
  • the process discharge gas bypasses the oxidation catalyst 21 through the pipe body 10, the first control valve V1, and the bypass pipe body 50, and is discharged to the oxidation catalyst tower 20.
  • the process exhaust gas is blocked and after a predetermined time, the plasma reactor 40 is driven to supply hydrogen generated to the oxidation catalyst 21 to remove the inorganic material of the poisoned oxidation catalyst 21.
  • Hydrogen and syngas generated while the process exhaust gas is blocked are supplied to the oxidation catalyst 21 to remove the inorganic material to regenerate the oxidation catalyst 21.
  • the temperature of the process exhaust gas is lower than the set value (350 ° C.)
  • the set value 350 ° C.
  • the process exhaust gas is bypassed to the bypass pipe 50, and hydrogen and syngas are supplied to the oxidation catalyst 21, so that the temperature of the process exhaust gas is increased by hydrogen, syngas and energy at a very small flow rate.
  • the catalyst 21 can be regenerated. That is, the plasma reactor 40 supplies a high temperature hydrogen reforming gas to the catalyst 21.
  • the operation of the plasma reactor 40 is stopped to cut off the hydrogen supply.
  • the hydrogen supply is cut off, and after a set time, the ozone generator 90 is driven to supply the generated ozone to the oxidation catalyst 21 to remove the organic material of the poisoned oxidation catalyst 21.
  • the process exhaust gas is cooled to a lower temperature than when the plasma reactor 40 is operated to supply hydrogen. Ozone generated while the hydrogen and the synthesis gas are blocked are supplied to the oxidation catalyst 21 to oxidize and remove the organic material to regenerate the oxidation catalyst 21.
  • step ST5 after the set time has elapsed since the operation of the ozone generator 90, the operation of the ozone generator 90 is stopped to block the ozone supply, the bypass to the oxidation catalyst 21 is released, and the oxidation catalyst is removed.
  • the process discharge gas is introduced into step 21 (ST51).
  • the oxidation catalyst 21 removes the CO and the organic and inorganic substances contained in the process discharge gas.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a fourth embodiment of the present invention.
  • a process exhaust gas pollutant removal device 104 including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst is connected to the oxidation catalyst tower 20 and includes a selective reduction catalyst (SCR) 31. It further comprises a reduction catalyst tower (30).
  • SCR selective reduction catalyst
  • the process discharge gas discharged from the oxidation catalyst tower 20 maintains a second temperature (eg, 255 ° C.) level higher than the first temperature (eg, 222 ° C.). do. Therefore, after the selective reduction catalyst 31 regenerates the oxidation catalyst 21, the selective reduction catalyst 31 may be heated up to the starting temperature by the process discharge gas having the second temperature supplied by heating.
  • a second temperature eg, 255 ° C.
  • the first temperature eg, 222 ° C.
  • the selective reduction catalyst 31 is built in the reduction catalyst tower 30, is heated up to the starting temperature by the process exhaust gas of the second temperature flowing in front of the selective reduction catalyst 31, the process discharge of the second temperature level Reduction and removal of NOx contained in the gas.
  • the selective reduction catalyst 31 can effectively remove NOx contained in the process discharge gas at the second temperature without using a separate heating means.
  • the selective reduction catalyst 31 is heated up to the starting temperature by the process discharge gas of the second temperature flowing forward, and effectively reduces and removes NOx contained in the process discharge gas without a separate heating means.
  • the process exhaust gas contaminant removal device 104 including the regeneration means of the contaminated oxidation catalyst 104 increases the temperature of about 9 ° C. in the process exhaust gas per 1000 ppm of CO through the oxidation reaction in the oxidation catalyst 21. It can be possible. Even when the process discharge gas is a large flow rate, the process discharge gas contaminant removing unit 104 including regeneration means of the contaminated oxidation catalyst causes a portion of the process discharge gas to be heated without heating the entire process discharge gas. Do not need the same large equipment.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including a regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the process exhaust gas pollutant removing apparatus 105 including the regeneration means of the contaminated oxidation catalyst further includes a first control valve V1 and a bypass pipe 50.
  • a selective reduction catalyst (SCR) 31 connected to the pipe body 10 for distributing the process discharge gas, the oxidation catalyst tower 20 connected to the pipe body 10, and the oxidation catalyst tower 21, and the oxidation catalyst tower 20.
  • Reduction catalyst tower (30) having a built-in, a first control valve (V1) for selecting the path of the process discharge gas, and a plasma reactor 40 for generating a high-temperature synthesis gas containing hydrogen.
  • the process exhaust gas flowing into the tube body 10 in the production process maintains a first temperature level set according to the process. After the combustible material contained in the process exhaust gas flowing in front of the oxidation catalyst 21 is removed by the oxidation catalyst action, the process exhaust gas is sent out to the rear of the oxidation catalyst 21.
  • the oxidation catalyst 21 is supplied. Can be recycled.
  • the high temperature synthesis gas containing hydrogen oxidizes and removes flammable materials from the oxidation catalyst 21, and the organic and inorganic materials poisoning the oxidation catalyst 21 are poisoned because the inorganic material volatilizes or reacts with hydrogen on the surface of the catalyst. Removed.
  • the process discharge gas discharged from the oxidation catalyst tower 20 maintains a second temperature (eg, 255 ° C.) level higher than the first temperature (eg, 222 ° C.). do. Therefore, after the selective reduction catalyst 31 regenerates the oxidation catalyst 21, the selective reduction catalyst 31 may be heated up to the starting temperature by the process discharge gas having the second temperature which is heated and supplied.
  • a second temperature eg, 255 ° C.
  • the selective reduction catalyst 31 may be heated up to the starting temperature by the process discharge gas having the second temperature which is heated and supplied.
  • the selective reduction catalyst 31 is built in the reduction catalyst tower 30, is heated up to the starting temperature by the process exhaust gas of the second temperature flowing in front of the selective reduction catalyst 31, the process discharge of the second temperature level Reduction and removal of NOx contained in the gas. Therefore, the selective reduction catalyst 31 can effectively remove NOx contained in the process discharge gas at the second temperature without using a separate heating means.
  • the first control valve V1 is installed in the tubular body 10 and selects a path of the process discharge gas at a first temperature introduced into the tubular body 10 in an industrial process and supplied to the oxidation catalyst tower 20. That is, the first control valve V1 is controlled to supply the process discharge gas at the first temperature to the oxidation catalyst 21 or to bypass the oxidation catalyst 21. The first control valve V1 may bypass the process discharge gas upon regeneration of the oxidation catalyst 21.
  • the bypass pipe body 50 is connected to the pipe body 10 in front of the oxidation catalyst 21 and to the oxidation catalyst tower 20 behind the oxidation catalyst 21 to bypass the oxidation catalyst 21.
  • the first control valve V1 is installed at the connection portion between the pipe body 10 and the bypass pipe body 50 to select the flow of the process discharge gas at the first temperature to the front or rear of the oxidation catalyst 21.
  • the plasma reactor 40 is connected to the oxidation catalyst tower 20 at the rear of the first control valve V1 and in front of the oxidation catalyst 21. Therefore, when the first control valve V1 is controlled to bypass the process discharge gas to the bypass pipe body 50, the plasma reactor 40 generates a synthesis gas containing hydrogen through a plasma reaction to produce an oxidation catalyst 21. To supply.
  • the oxidation catalyst 21 poisoned by the organic material and the inorganic material included in the process exhaust gas is regenerated by exposure to high temperature conditions by a synthesis gas containing hydrogen of 300 to 600 ° C or more. That is, the organic material and the inorganic material (X) of the poisoned oxidation catalyst 21 are volatilized at a high temperature to be removed from the surface of the catalyst or combined in the form of hydrogen and HnXm to be separated and removed from the oxidation catalyst 21.
  • the first control valve V1 is periodically switched to selectively connect the tubular body 10 to the front and rear of the oxidation catalyst 21.
  • the plasma reactor 40 is driven periodically to periodically supply hydrogen and a synthesis gas containing hydrogen to the oxidation catalyst 21. Therefore, the poisoned oxidation catalyst 21 can be periodically regenerated.
  • the process discharge gas discharged from the oxidation catalyst tower 20 is heated to a second temperature level higher than the first temperature is supplied to the selective reduction catalyst 31, the selective reduction catalyst 31 ) Is raised to the starting temperature.
  • the selective reduction catalyst 31 is heated up to the starting temperature by the process discharge gas of the second temperature flowing forward, and effectively reduces and removes NOx contained in the process discharge gas without a separate heating means.
  • the process exhaust gas pollutant removal device 105 including the regeneration means of the contaminated oxidation catalyst 105 increases the temperature of about 9 ° C. in the process exhaust gas per 1000 ppm of CO through the oxidation reaction in the oxidation catalyst 21. It can be possible. Even when the process exhaust gas is a large flow rate, the nitrogen oxide abatement apparatus 5 including the regeneration means of the pollutant catalyst causes some of the process exhaust gas to be heated without heating, thus requiring a large amount of energy and a large equipment such as a large burner. Do not let.
  • FIG. 10 is a block diagram of a process exhaust gas pollutant removal apparatus including a regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a sixth embodiment of the present invention.
  • a process exhaust gas pollutant removal device 106 including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst is connected to a pipe body 10 and a pipe body 10 via a first control valve V21.
  • the first oxidation catalyst tower 221, the second oxidation catalyst tower 222, the plasma reactor 40, and the ozone generator 90 are included.
  • the first oxidation catalyst tower 221 includes a first oxidation catalyst 211
  • the second oxidation catalyst tower 222 includes a second oxidation catalyst 212.
  • the first and second oxidation catalysts 211 and 212 may be formed and disposed in one or more stages in the first and second oxidation catalyst towers 221 and 222.
  • the process exhaust gas may be selectively supplied according to the operation of the first control valve V21.
  • the first control valve V21 provided in the tubular body 10 selects to supply the process discharge gas to the first and second oxidation catalyst towers 221 and 222.
  • the plasma reactor 40 and the ozone generator 90 are connected to the first and second oxidation catalyst towers 221 and 222 to selectively hydrogen and ozone in front of the first and second oxidation catalysts 211 and 212.
  • the supply pipe 450 is connected to the first and second oxidation catalyst towers 221 and 222, and is connected to the plasma reactor 40 and the ozone generator 90 to selectively supply hydrogen, syngas and ozone. do.
  • a third control valve V23 is interposed in the supply line 450 and connected to the plasma reactor 40, and a fourth control valve V24 is connected to the ozone generator 90.
  • the plasma reactor 40 is selectively connected to the first and second oxidation catalyst towers 221 and 222 through the third control valve V23 and the supply pipe 450, and the ozone generator 90 is the fourth.
  • the control valve V24 is selectively connected to the first and second oxidation catalyst towers 221 and 222.
  • the first control valve V21 supplies a process discharge gas to the first oxidation catalyst tower 221 to bypass the second oxidation catalyst 212.
  • the third control valve V23 supplies hydrogen and syngas to the second oxidation catalyst tower 222 through the supply pipe 450 to remove the inorganic material from the poisoned second oxidation catalyst 212 so that the second The oxidation catalyst 212 is regenerated.
  • the pollutant contained in the process discharge gas is removed from the first oxidation catalyst 211 of the first oxidation catalyst tower 221.
  • the operation of the plasma reactor 40 is stopped, and the ozone generator 90 is driven at a temperature lower than the temperature at which the inorganic material is removed.
  • the plasma reactor 40 and the ozone generator 90 are driven periodically with respect to the second oxidation catalyst 212 to periodically supply hydrogen and ozone to the second oxidation catalyst 212, respectively. Therefore, when the second oxidation catalyst 212 does not remove the contaminants, the second oxidation catalyst 212 may be periodically recycled from the inorganic material and the organic material.
  • the first control valve V21 supplies the process discharge gas to the second oxidation catalyst tower 222 to bypass the first oxidation catalyst 211
  • the third control valve V23 supplies hydrogen and synthesis gas to the first oxidation catalyst tower 221 to remove the inorganic material from the poisoned first oxidation catalyst 211 to regenerate the first oxidation catalyst 211.
  • the pollutant contained in the process exhaust gas is removed from the second oxidation catalyst 212 of the second oxidation catalyst tower 222.
  • the plasma reactor 40 is stopped and the ozone generator 90 is driven at a temperature lower than the temperature at which the inorganic material is removed.
  • a large amount of ozone generated in the ozone generator 90 is supplied to the first oxidation catalyst 211 in the first oxidation catalyst tower 221, so that the organic material is removed from the poisoned first oxidation catalyst 211. It is oxidized and removed by ozone.
  • the plasma reactor 40 and the ozone generator 90 are periodically driven with respect to the first oxidation catalyst 211 to periodically supply hydrogen and ozone to the first oxidation catalyst 211, respectively. Therefore, when the first oxidation catalyst 211 does not remove contaminants, the first oxidation catalyst 211 may be periodically regenerated from inorganic materials and organic materials.
  • the process discharge gas is continuously supplied through the first or second oxidation catalysts 211 and 212 of the first or second oxidation catalyst towers 221 and 222 while regenerating the second or first oxidation catalysts 212 and 211. Oxidation can be removed.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removing apparatus including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a modification of the seventh embodiment of the present invention.
  • a process exhaust gas pollutant removing apparatus 107 including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst includes a plurality of first oxidation catalyst towers 221 and a second oxidation catalyst.
  • the tower 222 is formed.
  • the first oxidation catalyst tower 221 and the second oxidation catalyst tower 222 may be disposed in parallel and may be selectively connected to the selective reduction catalyst 31 by the second control valve V22.
  • the first control valve V21 is disposed in front of the first and second oxidation catalysts 211 and 212 to selectively connect the tubular body 10 to the first and second oxidation catalyst towers 221 and 222. Therefore, the first and second oxidation catalysts 211 of the first and second oxidation catalyst towers 221 and 222 are subjected to the process discharge gas at the first temperature via the pipe body 10 under the control of the first control valve V21. , 212).
  • the second control valve V22 is disposed at the rear of the first and second oxidation catalysts 211 and 212 to selectively connect the first and second oxidation catalyst towers 221 and 222 to the selective reduction catalyst 31. do. Accordingly, the process discharge gas at the second temperature via the first and second oxidation catalysts 211 and 212 of the first and second oxidation catalyst towers 221 and 222 may be selectively controlled under the control of the second control valve V22. Can be selectively supplied to the reduction catalyst (31).
  • the plasma reactor 40 is located behind the first control valve V21 and in front of the first and second oxidation catalysts 211 and 212 via the selective reduction catalyst 31 and the first oxidation catalyst tower 221. 2 is selectively connected to the oxidation catalyst tower (222). Accordingly, the high temperature synthesis gas containing hydrogen generated in the plasma reactor 40 under the control of the third control valve V23 may be formed by the first and second oxidation catalysts of the first and second oxidation catalyst towers 221 and 222. And may optionally be supplied to 211 and 212.
  • the second oxidation catalyst 212 when the second oxidation catalyst 212 is poisoned, the second oxidation catalyst 212 is regenerated, and the first oxidation catalyst 211 acts as an oxidation catalyst to oxidize and remove the combustible material, thereby removing the temperature of the process exhaust gas.
  • the selective reduction catalyst 31 at the elevated temperature removes NOx through a selective catalytic reduction reaction.
  • the first control valve V21 selectively connects the tube 10 to the first oxidation catalyst tower 221 so that the process exhaust gas of the first temperature is supplied to the first oxidation catalyst tower 221 to supply the first oxidation catalyst. Is oxidized at 211.
  • the second control valve V22 connects the first oxidation catalyst tower 221 to the reduction catalyst tower 30, so that the process discharge gas supplied at the second temperature is supplied to the reduction catalyst tower 30 to provide a selective reduction catalyst ( In 31).
  • the third control valve V23 selectively connects the plasma reactor 40 to the poisoned second oxidation catalyst 212, so that the hydrogen-containing synthesis gas is supplied to the second oxidation catalyst 212 to supply the second oxidation catalyst.
  • the organic and inorganic materials poisoned by 212 are removed.
  • the first oxidation catalyst 211 when the first oxidation catalyst 211 is poisoned, the first oxidation catalyst 211 is regenerated, and the second oxidation catalyst 212 acts as an oxidation catalyst to raise the temperature of the process exhaust gas while oxidizing and removing the combustible material.
  • the selective reduction catalyst 31 at the elevated temperature removes NOx by a selective catalytic reduction reaction.
  • the first control valve V21 selectively connects the tube 10 to the second oxidation catalyst tower 222 so that the process exhaust gas of the first temperature is supplied to the second oxidation catalyst tower 222 to supply the second oxidation catalyst. Is oxidized at 212.
  • the second control valve V22 connects the second oxidation catalyst tower 222 to the reduction catalyst tower 30, so that the process discharge gas supplied at the second temperature is supplied to the reduction catalyst tower 30 to provide a selective reduction catalyst ( In 31).
  • the third control valve V23 selectively connects the plasma reactor 40 to the poisoned first oxidation catalyst 211 so that the hydrogen-containing synthesis gas is supplied to the first oxidation catalyst 211 to supply the first oxidation catalyst. Remove the poisoned organic and inorganic materials (211).
  • the nitrogen oxide abatement apparatus 7 including the regeneration means of the pollution catalyst regenerates the first or second oxidation catalyst towers 221 and 222 while regenerating the second or first oxidation catalysts 211 and 212.
  • the second oxidation catalyst (211, 212) to continuously remove the combustible material contained in the process exhaust gas of the first temperature by catalytic oxidation, and to remove the NOx through the selective reduction catalyst 31 at a high temperature generated at this time. Can be.
  • the process exhaust gas of the second temperature level discharged to the first and second oxidation catalyst tower (221, 222) is a selective reduction catalyst (31).
  • the selective reduction catalyst 31 is raised to the starting temperature.
  • the selective reduction catalyst 31 is sufficiently heated up to the starting temperature by the process discharge gas of the second temperature flowing forward, and can effectively reduce and remove NOx contained in the process discharge gas without a separate heating means.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including a regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to an eighth embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a plasma reactor applied to FIG. to be.
  • the oxidation catalyst tower 320 of the process exhaust gas pollutant removal device 108 including regeneration means of the contaminated oxidation catalyst is connected to the tube body 10, and the reduction catalyst tower 30 is provided.
  • Is provided at the rear of the oxidation catalyst tower 320 is connected.
  • the first control valve V31 is provided in front of the oxidation catalyst tower 320
  • the second control valve V32 is provided in front of the oxidation catalyst tower 320.
  • the first control valve V31 regulates the process discharge gas of the first temperature supplied from the tubular body 10 to the oxidation catalyst tower 320
  • the second control valve V32 is a reduction catalyst in the oxidation catalyst tower 320.
  • the process discharge gas of the 2nd temperature supplied to the tower 30 is interrupted.
  • the bypass pipe 350 is connected to the pipe body 10 via the first control valve V31 at the front of the oxidation catalyst 321 so as to bypass the oxidation catalyst tower 320 and the rear of the oxidation catalyst 321.
  • the oxidation catalyst tower 320 is connected via a second control valve (V32).
  • the plasma reactor 340 is installed on the bypass pipe 350.
  • the process discharge gas is temporarily blocked from the first and second control valves V31 and V32, and the oxidation catalyst 321
  • the plasma reactor 340 forms a closed loop through the bypass pipe 350 and the first and second control valves V31 and V32. That is, the plasma reactor 340 generates and circulates a synthesis gas containing hydrogen by causing a plasma reaction with air supplied separately from the process exhaust gas of the first temperature circulating in the closed circuit.
  • the plasma reactor 340 is driven by receiving a high temperature process exhaust gas that is gradually heated at a first temperature without receiving fresh air, thereby reducing fuel for increasing the temperature of the process exhaust gas. .
  • the concentration of oxygen is gradually lowered since the gas is continuously supplied and used.
  • the operating range becomes very narrow.
  • the flame may be maintained even if the oxygen concentration of the gas flowing into the plasma reactor 340 is about 10 to 100% of the combustion equivalent ratio.
  • the plasma reactor 340 is operated to sufficiently produce a hydrogen-containing synthesis gas and supply the gas to the oxidation catalyst 321 to circulate, thereby removing the combustible material by the oxidation catalyst in the oxidation catalyst 321, the oxidation catalyst 321
  • the NOx can be sufficiently removed from the selective reduction catalyst 31 while regenerating the catalyst poisoning generated in the bed.
  • the process exhaust gas supply port 343 provided on one side of the housing 341 in the plasma reactor 340 is connected to the bypass pipe 350 at a first temperature via the second control valve V32.
  • a gradually heated hot process exhaust gas is supplied into the housing 341.
  • the housing 341 to be grounded and the electrode 342 to which the voltage V is applied have an arc between them.
  • S plasma reaction space
  • the discharge port 345 provided on the other side of the housing 341 discharges the synthesis gas containing hydrogen generated by the plasma reaction in the plasma reaction space S to the bypass pipe 350, and thus, the first control.
  • the valve V31 is supplied to the oxidation catalyst 321 again.
  • the nitrogen oxide reduction device 105 including the regeneration means of the pollution catalyst continuously regenerates the first through the oxidation catalyst 321 of the oxidation catalyst tower 320 while regenerating the oxidation catalyst 321 poisoned with organic and inorganic materials.
  • the NOx contained in the process exhaust gas which is further heated at the temperature may be removed by the selective reduction reaction in the selective reduction catalyst 31.
  • the bypass pipe 350 is blocked by the control of the first and second control valves V31 and V32, and the second temperature discharged from the oxidation catalyst tower 320 is performed.
  • the level of process exhaust gas is supplied to the selective reduction catalyst 31 to raise the selective reduction catalyst 31 to the starting temperature.
  • the selective reduction catalyst 31 is sufficiently heated up to the starting temperature by the process exhaust gas of the second temperature flowing forward, and effectively reduces and removes NOx contained in the process exhaust gas of the second temperature without a separate heating means. can do.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a ninth embodiment of the present invention.
  • the reduction catalyst tower 70 incorporating the selective reduction catalyst 71 of the process exhaust gas pollutant removal device 109 including regeneration means of the contaminated oxidation catalyst is an oxidation catalyst tower 320. It is provided in front of the pipe 10 is connected.
  • the heat exchanger 80 is installed in the rear tube 11 connected to the rear of the oxidation catalyst tower 320 and the tube body 10 connected to the front of the reduction catalyst tower 70.
  • the heat exchanger 80 transfers the heat of the process discharge gas of the second temperature heated in the oxidation catalyst tower 320 to the tube body 10, and transmits the process discharge gas of the first temperature supplied to the tube body 10 to the second body. Raise to temperature level.
  • the first control valve V31 intercepts the process discharge gas of the first temperature supplied from the reduction catalyst tower 70 to the oxidation catalyst tower 320 via the pipe body 10, and the rear pipe body 11 is an oxidation catalyst.
  • the process discharge gas of the second temperature is supplied from the tower 320 and to the heat exchanger 80 side.
  • the oxidation catalyst 321 is connected to the plasma reactor 40 or the reduction catalyst tower 70. That is, the plasma reactor 40 generates a plasma reaction with fuel and air to generate and supply a synthesis gas containing hydrogen.
  • the oxidation catalyst 321 removes the flammable material by the oxidation catalyst action, and can sufficiently remove NOx from the selective reduction catalyst 31 while regenerating.
  • the process off gas is heated to a second temperature level.
  • the process exhaust gas including the synthesis gas, is discharged from the oxidation catalyst tower 320 to the rear tube 11 and heat transferred to the tube body 10 through the heat exchanger 80.
  • the process exhaust gas of the first temperature supplied to the tubular body 10 is raised to a second temperature level by the heat transferred from the heat exchanger 80.
  • the process exhaust gas heated up to the second temperature level is supplied to the selective reduction catalyst 31 to raise the selective reduction catalyst 31 to the starting temperature. Therefore, the selective reduction catalyst 31 can effectively reduce and remove NOx contained in the process exhaust gas at the second temperature without a separate heating means.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a process exhaust gas pollutant removal apparatus including regeneration means of a contaminated oxidation catalyst according to a tenth embodiment of the present invention.
  • the first control valve V31 of the process exhaust gas pollutant removing apparatus 110 including the regeneration means of the contaminated oxidation catalyst is connected to the reduction catalyst tower 70 via the tubular body 10.
  • the process discharge gas of the 1st temperature supplied to the oxidation catalyst tower 320 is interrupted
  • the oxidation catalyst 321 and the plasma reactor 340 form a closed loop through the bypass pipe 350. That is, the plasma reactor 340 generates and circulates a synthesis gas containing hydrogen by causing a plasma reaction with a process discharge gas of a first temperature circulating in a closed circuit and air supplied separately.
  • Hydrogen-containing synthesis gas is sufficiently produced to circulate the oxidation catalyst 321, so that the oxidation catalyst 321 removes flammable substances faster by the oxidation catalyst action, and sufficiently removes NOx from the selective reduction catalyst 31 while regenerating.
  • Process exhaust gas is heated to a second temperature level.
  • the process exhaust gas including the synthesis gas, is discharged from the oxidation catalyst tower 320 to the rear tube 11 and heat transferred to the tube body 10 through the heat exchanger 80.
  • the process exhaust gas of the first temperature supplied to the tubular body 10 is raised to a second temperature level by the heat transferred from the heat exchanger 80.
  • the process exhaust gas heated up to the second temperature level is supplied to the selective reduction catalyst 31 to raise the selective reduction catalyst 31 to the startup temperature more quickly. Therefore, the selective reduction catalyst 31 can effectively reduce and remove NOx contained in the process exhaust gas at the second temperature without a separate heating means.
  • Process emission pollutant removal device including regeneration means of contaminated oxidation catalyst
  • first and second oxidation catalysts 221 and 222 first and second oxidation catalyst towers
  • V1, V21, V31 first control valve V22, V32: second control valve
  • V23 third control valve
  • V24 fourth control valve

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치는, 가가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 질소산화물이 포함된 제1 온도의 공정 배출 가스를 유통시키는 관체에 연결되어 상기 가연성 물질을 산화 제거하는 산화촉매를 내장하는 산화촉매탑 및 상기 산화촉매의 전방에서 상기 산화촉매탑에 연결되어 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 300℃ 이상 고온의 합성가스를 생성하여 상기 산화촉매에 공급하여 유기 물질 및 무기 물질로 피독된 상기 산화촉매를 재생시키는 플라즈마반응기를 포함할 수 있다.

Description

오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치
본 발명은 공정 배출가스 오염 물질 제거로 인하여 오염된 산화촉매를 재생하는 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치에 관한 것이다.
산업 현장에서 발생 및 배출되는 CO와 HC와 같은 가연성 오염 물질을 제거하는데 산화촉매가 사용되고, 질소산화물(NOx)을 제거하는데 선택적환원촉매(SCR)가 된다. 즉, 공정 배출 가스에 포함된 CO 및 HC는 산화촉매를 통하여 산화 처리되고, NOx는 SCR을 통하여 환원 처리될 수 있다.
그러나 공정의 종류에 따라 공정 배출 가스 중에 포함된 미량의 유기 물질 및 무기 물질에 의하여 산화촉매가 급속히 피독(被毒)될 수 있다. 그리고, SCR은 약 230℃ 이상의 기동 온도를 유지하여야 NOx를 제거할 수 있다.
공정에 따라 공정 배출 가스의 온도가 낮은 경우, 공정 배출 가스를 가열하여 온도를 높이므로 SCR은 NOx를 제거할 수 있게 된다.
고온 조건에서 피독된 산화촉매를 재생하면, 유기 물질이 산화촉매로부터 산화 제거되어 산화촉매의 반응성이 회복될 수 있다. 그러나 무기 물질의 경우, 산화촉매를 단순히 고온 처리하는 것만으로 산화촉매의 반응성이 회복되지 않는다.
예를 들면, 산화촉매가 피독되지 않은 상태에서, 산화촉매에 의한 CO 및 HC의 산화 전환률은 제1 고온 조건에서 제1 수준을 유지하다가, 무기 물질에 의한 피독시, 산화 전환률은 제1 수준보다 낮은 제2 수준으로 급격히 저하된다.
이 상태에서 단순히 고온 처리만을 통해 산화촉매를 재생할 경우, 제1 고온 조건이 다시 제공되더라도, 무기 물질에 의한 피독으로 인해 산화 전환률은 제1 수준으로 회복되지 않고 제1 수준 보다 낮은 성능을 보이게 된다.
따라서 무기 물질들을 산화촉매 상에서 제거하지 못하는 경우, 산화촉매에 잔류하는 무기 물질로 인하여 산화촉매의 활성이 저하되는 문제가 있다.
상기의 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명은 가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 NOx이 포함된 공정 배출 가스에 의하여 오염된 산화촉매를 효과적으로 재생하는 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치는, 가가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 질소산화물이 포함된 제1 온도의 공정 배출 가스를 유통시키는 관체에 연결되어 상기 가연성 물질을 산화 제거하는 산화촉매를 내장하는 산화촉매탑 및 상기 산화촉매의 전방에서 상기 산화촉매탑에 연결되어 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 300℃ 이상 고온의 합성가스를 생성하여 상기 산화촉매에 공급하여 유기 물질 및 무기 물질로 피독된 상기 산화촉매를 재생시키는 플라즈마반응기를 포함할 수 있다.
상기 산화촉매탑에 연결되어 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도의 공정 배출 가스에 포함된 상기 질소산화물을 제거하는 선택적환원촉매를 내장하는 환원촉매탑을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 온도의 공정 배출 가스를 상기 관체에서 상기 산화촉매로 공급하거나 상기 산화촉매를 바이패스 하여 상기 환원촉매탑으로 공급하도록 선택하는 제1 제어밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 선택적환원촉매는, 상기 산화촉매를 경유한 상기 제2 온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 가열될 수 있다.
상기 플라즈마반응기는, 일측에 연료공급구와 공기공급구를 구비하고 다른 일측에 수소가 포함된 합성가스를 토출하는 토출구를 구비하며 접지되는 하우징; 및 상기 연료공급구와 상기 공기공급구 사이에 구비되고 전압이 인가되는 전극을 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 전극의 전방과 상기 토출구 사이에 확장된 플라즈마반응공간을 구비할 수 있다.
상기 플라즈마반응기는, 상기 하우징의 상기 연료공급구 및 상기 공기공급구에서 상기 토출구 사이에 형성되는 상기 플라즈마반응공간에 연통하는 개질촉매를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마반응기는, 상기 하우징의 상기 플라즈마반응공간과 상기 개질촉매 사이에 연료추가공급구와 공기추가공급구를 구비하여 연료와 공기를 추가로 공급할 수 있다.
상기 산화촉매를 바이패스 하도록 상기 제1 제어밸브를 상기 산화촉매탑에 연결하는 바이패스관체를 더 포함할 수 있다.
상기 산화촉매탑은, 병렬로 배치되고 제2 제어밸브에 의하여 상기 선택적환원촉매에 선택적으로 연결되는 제1 산화촉매탑과 제2 산화촉매탑을 포함하며, 상기 제1 제어밸브는, 상기 관체를 상기 산화촉매의 전방에서 상기 제1 산화촉매탑과 상기 제2 산화촉매탑에 선택적으로 연결할 수 있다.
상기 플라즈마반응기는, 제3 제어밸브를 개재하여 상기 제1 산화촉매탑과 상기 제2 산화촉매탑에 선택적으로 연결될 수 있다.
상기 산화촉매탑의 전방에 구비되어 상기 산화촉매탑으로 공급되는 상기 제1 온도의 공정 배출 가스를 단속하는 제1 제어밸브 및 상기 산화촉매탑의 후방에 구비되어 상기 산화촉매탑에서 공급되는 상기 제2 온도의 공정 배출 가스를 단속하는 제2 제어밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마반응기는, 상기 제1 제어밸브와 상기 제2 제어밸브를 연결하는 바이패스관체 상에 설치되어, 상기 제1 제어밸브와 상기 제2 제어밸브의 선택 작동으로 형성되는 폐회로(closed loop)를 순환하는 상기 제1 온도의 공정 배출 가스와 별도로 공급되는 공기로 플라즈마 반응을 일으켜 수소가 포함된 300℃ 이상 고온의 합성가스를 생성할 수 있다.
상기 촉매의 전방에서 상기 촉매탑에 연결되어 오존을 공급하는 오존발생기를 더 포함할 수 있다.
상기 산화촉매를 바이패스 하도록, 상기 산화촉매의 후방에서 상기 산화촉매탑에 일측이 연결되고, 제1 제어밸브를 개재하여 다른 타측은 상기 관체에 연결되는 바이패스관체를 더 포함할 수 있다.
상기 산화촉매탑은, 병렬로 배치되고 제2 제어밸브에 의하여 상기 선택적환원촉매에 선택적으로 연결되는 제1 산화촉매탑과 제2 산화촉매탑을 포함하며, 상기 제1 제어밸브는, 상기 관체를 상기 산화촉매의 전방에서 상기 제1 산화촉매탑과 상기 제2 산화촉매탑에 선택적으로 연결할 수 있다.
상기 플라즈마반응기와 상기 오존발생기에 연결되어 수소와 오존을 선택적으로 공급하는 공급 관로는, 상기 제3 제어밸브를 개재하여 상기 플라즈마반응기를 상기 제1 산화촉매탑과 상기 제2 산화촉매탑에 선택적으로 연결하고, 제4 제어밸브를 개재하여 상기 오존발생기를 상기 제1 산화촉매탑과 상기 제2 산화촉매탑에 선택적으로 연결할 수 있다.
상기 제1 산화촉매 및 상기 제2 산화촉매는, 상기 제1 산화촉매탑 및 상기 제2 산화촉매탑 내에서 1단 또는 복수 단으로 형성될 수 있다.
상기 플라즈마반응기에 공급되는 공기는, 연소당량비의 10~100%로 설정될 수 있다.
상기 환원촉매탑은, 상기 산화촉매탑의 후방에 구비될 수 있다.
상기 제1 제어밸브는, 상기 관체에서 상기 산화촉매탑으로 공급되는 상기 제1 온도의 공정 배출 가스를 단속하며, 상기 제2 제어밸브는, 상기 산화촉매탑에서 상기 환원촉매탑으로 공급되는 상기 제2 온도의 공정 배출 가스를 단속할 수 있다.
상기 환원촉매탑은 상기 산화촉매탑의 전방에 구비되어 상기 관체에 연결되고, 상기 관체와 상기 산화촉매탑의 후방 관체에 열교환기가 설치될 수 있다.
상기 제1 제어밸브는, 상기 환원촉매탑에서 상기 산화촉매탑으로 공급되는 상기 제1 온도의 공정 배출 가스를 단속하고, 상기 제2 제어밸브는, 상기 산화촉매탑에서 상기 열교환기 측으로 공급되는 상기 제2 온도의 공정 배출 가스를 단속할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거방법은, 피독된 촉매를 재생하기 위하여, 공정 배출 가스를 차단하여 산화촉매에 대하여 바이패스 하는 제1단계, 플라즈마반응기를 구동하여 발생된 수소를 상기 산화촉매에 공급하여 피독된 촉매의 무기 물질을 제거하는 제2단계, 상기 플라즈마반응기의 구동부터 설정 시간 경과 후, 상기 플라즈마반응기의 작동을 중지하여 수소 공급을 차단하는 제3단계, 오존발생기를 구동하여 발생된 오존을 상기 촉매에 공급하여 피독된 산화촉매의 유기 물질을 제거하는 제4단계 및 상기 오존발생기의 구동부터 설정 시간 경과 후, 상기 오존발생기의 작동을 중지하여 오존 공급을 차단하고 상기 산화촉매에 대한 바이패스를 해제하며 상기 산화촉매로 공정 배출 가스를 유입하는 제5단계를 포함할 수 있다.
상기 제1단계는, 상기 공정 배출 가스의 온도가 설정치(350℃) 보다 높은 조건에서 무기 물질에 피독된 산화촉매를 재생할 수 있다.
상기 제 3 단계는, 상기 공정 배출 가스가 설정치 보다 높은 온도에서 진행되어 무기 물질을 제거하고, 상기 제 4 단계는, 상기 공정 배출 가스가 상기 설정치 보다 낮은 온도에서 진행되어 유기 물질을 산화 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치는, 가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 NOx로부터 오염된 산화촉매를 효과적으로 재생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 플라즈마반응기를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 적용되는 다른 플라즈마반응기를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 본 발명의 제3 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거방법의 순서도이다.
도 7은 도 6의 순서도에 따른 플라즈마반응기와 오존발생기의 작동 정지를 도시한 타임 차트이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예의 변형예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 13은 도 12에 적용되는 플라즈마반응기를 도시한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 15는 본 발명의 제10 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치(101)는, 공정 배출 가스를 유통시키는 관체(10), 관체(10)에 연결되어 산화촉매(21)를 내장하는 산화촉매탑(20), 및 수소가 포함된 고온의 합성가스를 생성하는 플라즈마반응기(40)를 포함한다.
공정 배출 가스는 산업 현장의 각 공정에서 생성되어 배출되며, 고온의 공정을 포함하는 경우, NOx 배출과 함께 가연성 물질, 유기 물질 및 무기 물질과 같은 오염 물질을 포함한다. 예를 들면, 가연성 물질은 CO 및 HC를 포함하고, 무기 물질은 황, 불소계 화합물을 포함한다. 생산 공정에서 관체(10)로 유입되는 공정 배출 가스는 공정에 따라 설정되는 제1 온도 수준을 유지한다.
산화촉매(21)는 산화촉매탑(20)에 내장되며, 공정 배출 가스의 흐름에 대하여, 산화촉매(21)의 전방으로 유입되는 공정 배출 가스에 포함된 가연성 물질을 산화촉매 작용으로 제거한 후, 공정 배출 가스를 산화촉매(21)의 후방으로 내보낸다.
산화촉매(21)는 공정 배출 가스에 포함되어 있는 유기 물질 및 무기 물질과 같은 오염 물질에 의하여 피독(被毒)되어 활성이 저하될 수 있다. 이때, 플라즈마반응기(40)에서 생성되어 산화촉매(21)의 전방으로 공급되는 수소가 포함된 고온(예를 들면, 350℃ 이상)의 합성가스가 산화촉매(21)로 공급되면 산화촉매(21)가 재생될 수 있다.
즉 수소가 포함된 고온의 합성가스는 산화촉매(21)에서 가연성 물질을 산화 제거하고, 촉매 표면에서 무기 물질이 휘발되거나 수소와 결합 반응하므로 산화촉매(21)를 피독하는 유기 물질 및 무기 물질이 제거된다.
산화촉매(21)를 재생시킨 후, 산화촉매탑(20)에서 배출되는 공정 배출 가스는 제1 온도(예를 들면, 222℃)보다 높은 제2 온도(예를 들면, 255℃) 수준을 유지하면서 후방으로 배출된다.
도 2는 도 1에 적용되는 플라즈마반응기를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 플라즈마반응기(40)는 전기적으로 접지되는 하우징(41), 및 하우징(41)에 내장되어 전압(V)을 인가하는 전극(42)을 포함한다.
하우징(41)은 하우징(41)의 일측에 연료공급구(43)와 공기공급구(44)를 구비하고, 다른 일측에 토출구(45)를 구비한다. 연료공급구(43)와 공기공급구(44)는 각각 연료와 공기를 방전갭(G)으로 공급하고, 토출구(45)는 플라즈마 반응으로 생성된 수소가 포함된 합성가스를 토출한다.
전극(42)은 연료와 공기가 공급되는 하우징(41)의 유입측에 구비될 수 있다. 일례로써, 전극(42)은 연료공급구(43)와 공기공급구(44) 사이에 배치된다. 따라서 하우징(41)이 접지된 상태에서 전극(42)에 전압(V)을 인가하면, 전극(42)과 하우징(41) 사이에 설정되는 방전갭(G)에서 아크가 발생되어, 공급되는 연료와 공기를 이용하여 플라즈마 반응을 발생시킨다. 이때 사용되는 연료는 LNG와 같이 수소를 포함하는 탄화수소계의 연료일 수 있다.
하우징(41)은 연료공급구(43)와 공기공급구(44)에서 토출구(45)에 이르는 사이에 플라즈마반응공간(S)을 구비한다. 따라서 전극(42)과 하우징(41) 사이에 설정된 방전갭(G)에서 발생되는 아크는 플라즈마반응공간(S)에서 플라즈마 반응으로 확산되면서 수소를 포함하는 고온의 합성가스를 생성한다.
하우징(41)의 내부에 확장 형성된 플라즈마반응공간(S)은 플라즈마 반응을 원활하게 하고, 토출구(45)를 통하여 고온의 수소 및 합성가스를 분출할 수 있게 한다. 공정 배출 가스는 산업 공정에서 생성되어, 관체(10)를 통하여 대유량으로 연속 공급될 수 있다.
플라즈마반응기(40)는 부분 산화 반응인 플라즈마 반응을 일으켜 수소를 생성하므로 가장 짧은 시간 내에 수소를 산화촉매(21)에 공급할 수 있다. 부분 산화 반응의 부산물은 플라즈마반응공간(S)에서 토출구(45)를 통하여 고온 상태로 배출된다.
따라서 별도의 가열 단계를 거치지 않고 300 내지 600℃ 이상의 수소를 함유한 합성가스가 생성되어 산화촉매(21)에 공급될 수 있다. 즉 아크 형태의 플라즈마는 플라즈마반응기(40) 내의 플라즈마반응공간(S)에서 비교적 높은 온도 조건을 형성할 수 있다.
플라즈마반응기(40)에서 생성되는 수소를 포함하는 합성가스는 산화촉매탑(20)의 산화촉매(21)로 공급된다. 동시에, 관체(10)로 유입되는 제1 온도의 공정 배출 가스는 산화촉매(21)를 경유하여 배출된다.
따라서 공정 배출 가스에 포함된 유기 물질 및 무기 물질에 의하여 피독된 산화촉매(21)는 300 내지 600℃ 이상의 수소를 포함한 합성가스에 의하여 고온 조건에 노출되어 재생된다. 즉 피독된 산화촉매(21)의 유기 물질 및 무기 물질(X)은 고온에서 휘발되어 촉매 표면에서 탈거되거나 수소와 HnXm의 형태로 결합되어 산화촉매(21)로부터 분리, 제거된다.
산화촉매(21)를 재생시킨 후, 산화촉매탑(20)에서 배출되는 공정 배출 가스는 제1 온도보다 높은 제2 온도 수준으로 가열된다.
도 3은 도 1에 적용되는 다른 플라즈마반응기를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 플라즈마반응기(60)는 개질촉매(61)를 더 포함할 수 있다. 즉 개질촉매(61)는 하우징(641)의 연료공급구(43) 및 공기공급구(44)에서 토출구(45) 사이에 형성되는 플라즈마반응공간(S)에 연통된다.
개질촉매(61)를 사용할 경우 촉매로 인한 개질 반응을 추가로 야기하여, 플라즈마 반응에 소요되는 전력을 감소시킬 수 있다. 따라서 수소 생성을 위하여 전극(42)에 전압(V)으로 인가되는 에너지가 절감될 수 있고, 공정 배출 가스에 포함된 오염 물질을 산화 제거하는 처리 용량이 증가될 수 있다.
플라즈마반응기(60)는 하우징(641)의 플라즈마반응공간(S)과 개질촉매(61) 사이에 연료추가공급구(643)와 공기추가공급구(644)를 더 구비하여 연료와 공기를 추가로 공급 받아서, 플라즈마반응공간(S)에서 발생되어 토출되는 플라즈마를 더 연장시킬 수 있다.
더 연장되는 플라즈마는 개질촉매(61)로 공급되어 개질촉매의 개질 반응을 더욱 활성화시켜 개질촉매(61)의 개질 작용을 극대화시킬 수 있다. 즉 플라즈마반응공간(S) 및 개질촉매(61)는 플라즈마 반응을 더욱 원활하게 하고, 토출구(45)를 통하여 고온의 수소 및 합성가스를 대량으로 분출하므로 대유량의 산업 공정에 효과적으로 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 4를 참조하면, 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치(102)의 제1 제어밸브(V1)는 관체(10)에 설치되어 산업 공정에서 관체(10)로 유입되어 산화촉매탑(20)으로 공급되는 제1 온도의 공정 배출 가스의 경로를 선택한다.
즉 제1 제어밸브(V1)는 제1 온도의 공정 배출 가스를 산화촉매(21)로 공급하거나 산화촉매(21)를 바이패스 하도록 제어된다. 제1 제어밸브(V1)는 산화촉매(21)의 재생시 공정 배출 가스를 바이패스 시킬 수 있다.
이를 위하여, 바이패스관체(50)가 구비되며, 바이패스관체(50)는 산화촉매(21)를 바이패스 하도록 산화촉매(21)의 전방에서 관체(10)에 연결되고 산화촉매(21)의 후방에 산화촉매탑(20)에 연결된다. 제1 제어밸브(V1)는 관체(10)와 바이패스관체(50)의 연결부에 설치되어, 제1 온도의 공정 배출 가스의 흐름을 산화촉매(21)의 전방 또는 후방으로 선택한다.
플라즈마반응기(40)는 제1 제어밸브(V1)의 후방이면서 산화촉매(21)의 전방에서 산화촉매탑(20)에 연결된다. 따라서 제1 제어밸브(V1)가 제어되어 공정 배출 가스를 바이패스관체(50)로 바이패스 시킬 때, 플라즈마반응기(40)는 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 합성가스를 생성하여 산화촉매(21)로 공급한다.
이때, 바이패스관체(50) 및 제1 제어밸브(V1)는 관체(10)로 유입되는 제1 온도의 공정 배출 가스가 산화촉매(21)를 경유하지 않고 배출되게 한다.
공정 배출 가스가 대유량인 경우, 제1 제어밸브(V1)는 주기적으로 전환되어 관체(10)를 산화촉매(21)의 전방과 후방에 선택적으로 연결한다. 그리고 플라즈마반응기(40)는 주기적으로 구동되어 수소 및 수소가 포함된 합성가스를 산화촉매(21)에 주기적으로 공급한다. 따라서 피독된 산화촉매(21)는 주기적으로 재생될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 5를 참조하면, 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치(103)는, 산화촉매(21)의 전방에 오존을 공급하는 오존발생기(90)를 포함한다. 이하에서는, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하고 특징적인 구성에 대해 설명한다.
오존발생기(90)는 산화촉매탑(20)에 연결되어 생성된 오존을 산화촉매(21)의 전방에 공급한다. 플라즈마반응기(40)와 오존발생기(90)는 서로 다른 시기에 각각 구동되어, 수소와 오존을 각각 발생시켜 산화촉매(21)로 공급할 수 있다.
오존발생기(90)는 일측으로 공급되는 공기 또는 산소로 오존을 생성하도록 구성된다. 오존은 피독된 산화촉매(21)로부터 유기 물질을 산화 제거할 수 있다.
도 6은 도 5에 나타낸 본 발명의 제3 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거방법의 순서도이고, 도 7은 도 6의 순서도에 따른 플라즈마반응기와 오존발생기의 작동 정지를 도시한 타임 차트이다.
도 6 및 도 5를 참조하면, 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거방법은 제1단계(ST1), 제2단계(ST2), 제3단계(ST3), 제4단계(ST4) 및 제5단계(ST5)를 포함한다. 이하에서는 제3 실시예를 참조하여 제거방법에 대하여 설명한다.
제1단계(ST1)는 피독된 산화촉매(21)를 재생하기 위하여, 공정 배출 가스를 차단하여 산화촉매(21)에 대하여 바이패스 한다. 이때 공정 배출 가스는 관체(10), 제1 제어밸브(V1), 및 바이패스관체(50)를 통하여 산화촉매(21)를 바이패스 하여 산화촉매탑(20)으로 배출된다.
제2 단계(ST2)는 공정 배출 가스 차단하고 설정 시간 후, 플라즈마반응기(40)를 구동하여 발생된 수소를 산화촉매(21)에 공급하여 피독된 산화촉매(21)의 무기 물질을 제거한다.
공정 배출 가스가 차단된 상태에서 발생된 수소 및 합성가스는 산화촉매(21)로 공급되어 무기 물질을 제거하여 산화촉매(21)를 재생한다.
공정 배출 가스의 온도가 설정치(350℃)도 보다 낮은 조건에서 무기 물질에 피독된 산화촉매(21)을 재생하기 위하여 고온 조건을 형성하게 되면, 공정 배출 가스의 승온을 위하여 과도한 에너지가 소모될 수 있다.
본 실시예는 공정 배출 가스를 바이패스관체(50)로 바이패스 시키고 수소와 합성가스를 산화촉매(21)에 공급하므로 매우 작은 유량의 수소와 합성가스 및 에너지로 공정 배출 가스의 온도를 높여서 산화촉매(21)를 재생할 수 있다. 즉 플라즈마반응기(40)는 고온의 수소 개질 가스를 촉매(21)로 공급한다.
제3단계(ST3)는 플라즈마반응기(40)의 구동부터 설정 시간 경과 후, 플라즈마반응기(40)의 작동을 중지하여 수소 공급을 차단한다.
제4단계(ST4)는 수소 공급을 차단하고 설정 시간 후, 오존발생기(90)를 구동하여 발생된 오존을 산화촉매(21)에 공급하여 피독된 산화촉매(21)의 유기 물질을 제거한다. 이때, 공정 배출 가스는 플라즈마반응기(40)가 작동하여 수소를 공급할 때보다 낮은 온도를 냉각된다. 수소 및 합성가스가 차단된 상태에서 발생된 오존은 산화촉매(21)로 공급되어 유기 물질을 산화 제거하여 산화촉매(21)를 재생한다.
제5단계(ST5)는 오존발생기(90)의 구동부터 설정 시간 경과 후, 오존발생기(90)의 작동을 중지하여 오존 공급을 차단하고, 산화촉매(21)에 대한 바이패스를 해제하며 산화촉매(21)로 공정 배출 가스를 유입한다(ST51). 오존 공급이 차단되고, 공정 배출 가스가 산화촉매(21)로 공급되면, 산화촉매(21)는 공정 배출 가스에 포함된 CO 및 유기 물질과 무기 물질의 오염 물질을 제거한다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 8을 참조하면, 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치(104)는, 산화촉매탑(20)에 연결되고, 선택적환원촉매(SCR)(31)를 내장하는 환원촉매탑(30)을 더 포함한다.
산화촉매(21)를 재생시킨 후, 산화촉매탑(20)에서 배출되는 공정 배출 가스는 제1 온도(예를 들면, 222℃)보다 높은 제2 온도(예를 들면, 255℃) 수준을 유지한다. 따라서 선택적환원촉매(31)는 산화촉매(21)를 재생한 후, 가열되어 공급되는 제2 온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 승온 될 수 있다.
선택적환원촉매(31)는 환원촉매탑(30)에 내장되며, 선택적환원촉매(31)의 전방으로 유입되는 제2 온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 승온되고, 제2 온도 수준의 공정 배출 가스에 포함된 NOx을 환원 제거한다.
따라서 선택적환원촉매(31)는 별도의 가열 수단을 사용하지 않고도 제2 온도의 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 효과적으로 제거할 수 있다.
선택적환원촉매(31)는 전방으로 유입되는 제2 온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 승온되고, 공정 배출 가스에 포함된 NOx을 별도의 가열 수단 없이 효과적으로 환원 제거한다.
예를 들면, 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질제거장치(104)는 산화촉매(21)에서의 산화 반응을 통해 CO 1000 ppm 당 공정 배출 가스에서 9℃ 정도의 승온을 가능케 할 수 있다. 공정 배출 가스가 대유량인 경우에도, 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치(104)는 공정 배출 가스 전체를 가열하지 않고 일부를 가열케 하므로 많은 에너지와 대형 버너와 같은 큰 설비를 필요로 하지 않게 한다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 9를 참조하면, 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치(105)는 제1 제어밸브(V1) 및 바이패스관체(50)를 더 포함한다.
공정 배출 가스를 유통시키는 관체(10), 관체(10)에 연결되어 산화촉매(21)를 내장하는 산화촉매탑(20), 산화촉매탑(20)에 연결되어 선택적환원촉매(SCR)(31)를 내장하는 환원촉매탑(30), 공정 배출 가스의 경로를 선택하는 제1 제어밸브(V1), 및 수소가 포함된 고온의 합성가스를 생성하는 플라즈마반응기(40)를 포함한다.
생산 공정에서 관체(10)로 유입되는 공정 배출 가스는 공정에 따라 설정되는 제1 온도 수준을 유지한다. 산화촉매(21)의 전방으로 유입되는 공정 배출 가스에 포함된 가연성 물질을 산화촉매 작용으로 제거한 후, 공정 배출 가스를 산화촉매(21)의 후방으로 내보낸다.
플라즈마반응기(40)에서 생성되어 산화촉매(21)의 전방으로 공급되는 수소가 포함된 고온(예를 들면, 350℃ 이상)의 합성가스가 산화촉매(21)로 공급되면 산화촉매(21)가 재생될 수 있다.
즉 수소가 포함된 고온의 합성가스는 산화촉매(21)에서 가연성 물질을 산화 제거하고, 촉매 표면에서 무기 물질이 휘발되거나 수소와 결합 반응하므로 산화촉매(21)를 피독하는 유기 물질 및 무기 물질이 제거된다.
산화촉매(21)를 재생시킨 후, 산화촉매탑(20)에서 배출되는 공정 배출 가스는 제1 온도(예를 들면, 222℃)보다 높은 제2 온도(예를 들면, 255℃) 수준을 유지한다. 따라서 선택적환원촉매(31)는 산화촉매(21)를 재생한 후, 가열되어 공급되는 제2 온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 승온될 수 있다.
선택적환원촉매(31)는 환원촉매탑(30)에 내장되며, 선택적환원촉매(31)의 전방으로 유입되는 제2 온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 승온되고, 제2 온도 수준의 공정 배출 가스에 포함된 NOx을 환원 제거한다. 따라서 선택적환원촉매(31)는 별도의 가열 수단을 사용하지 않고도 제2 온도의 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 효과적으로 제거할 수 있다.
제1 제어밸브(V1)는 관체(10)에 설치되어 산업 공정에서 관체(10)로 유입되어 산화촉매탑(20)으로 공급되는 제1 온도의 공정 배출 가스의 경로를 선택한다. 즉 제1 제어밸브(V1)는 제1 온도의 공정 배출 가스를 산화촉매(21)로 공급하거나 산화촉매(21)를 바이패스 하도록 제어된다. 제1 제어밸브(V1)는 산화촉매(21)의 재생시 공정 배출 가스를 바이패스 시킬 수 있다.
바이패스관체(50)는 산화촉매(21)를 바이패스 하도록 산화촉매(21)의 전방에서 관체(10)에 연결되고 산화촉매(21)의 후방에 산화촉매탑(20)에 연결된다. 제1 제어밸브(V1)는 관체(10)와 바이패스관체(50)의 연결부에 설치되어, 제1 온도의 공정 배출 가스의 흐름을 산화촉매(21)의 전방 또는 후방으로 선택한다.
플라즈마반응기(40)는 제1 제어밸브(V1)의 후방이면서 산화촉매(21)의 전방에서 산화촉매탑(20)에 연결된다. 따라서 제1 제어밸브(V1)가 제어되어 공정 배출 가스를 바이패스관체(50)로 바이패스 시킬 때, 플라즈마반응기(40)는 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 합성가스를 생성하여 산화촉매(21)로 공급한다.
따라서 공정 배출 가스에 포함된 유기 물질 및 무기 물질에 의하여 피독된 산화촉매(21)는 300 내지 600℃ 이상의 수소를 포함한 합성가스에 의하여 고온 조건에 노출되어 재생된다. 즉 피독된 산화촉매(21)의 유기 물질 및 무기 물질(X)은 고온에서 휘발되어 촉매 표면에서 탈거되거나 수소와 HnXm의 형태로 결합되어 산화촉매(21)로부터 분리, 제거된다.
공정 배출 가스가 대유량인 경우, 제1 제어밸브(V1)는 주기적으로 전환되어 관체(10)를 산화촉매(21)의 전방과 후방에 선택적으로 연결한다. 그리고 플라즈마반응기(40)는 주기적으로 구동되어 수소 및 수소가 포함된 합성가스를 산화촉매(21)에 주기적으로 공급한다. 따라서 피독된 산화촉매(21)는 주기적으로 재생될 수 있다.
산화촉매(21)를 재생시킨 후, 산화촉매탑(20)에서 배출되는 공정 배출 가스는 제1 온도보다 높은 제2 온도 수준으로 가열되어 선택적환원촉매(31)로 공급되어, 선택적환원촉매(31)를 기동 온도까지 승온시킨다.
선택적환원촉매(31)는 전방으로 유입되는 제2 온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 승온되고, 공정 배출 가스에 포함된 NOx을 별도의 가열 수단 없이 효과적으로 환원 제거한다.
예를 들면, 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치(105)는 산화촉매(21)에서의 산화 반응을 통해 CO 1000 ppm 당 공정 배출 가스에서 9℃ 정도의 승온을 가능케 할 수 있다. 공정 배출 가스가 대유량인 경우에도, 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(5)는 공정 배출 가스 전체를 가열하지 않고 일부를 가열케 하므로 많은 에너지와 대형 버너와 같은 큰 설비를 필요로 하지 않게 한다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치의 구성도이다.
도 10을 참조하면, 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치(106)는 관체(10), 관체(10)에 제1 제어밸브(V21)를 개재하여 연결되는 제1 산화촉매탑(221)과 제2 산화촉매탑(222), 플라즈마반응기(40) 및 오존발생기(90)를 포함한다.
제1 산화촉매탑(221)은 제1 산화촉매(211)를 내장하고, 제2 산화촉매탑(222)은 제2 산화촉매(212)를 내장한다. 제1, 제2 산화촉매(211, 212)는 제1, 제2 산화촉매탑(221, 222) 내에서 1단 또는 복수 단으로 형성 및 배치될 수 있다.
제1, 제2 산화촉매탑(221, 222)은 제1 제어밸브(V21)를 개재하여 관체(10)에 연결되므로 제1 제어밸브(V21)의 작동에 따라 선택적으로 공정 배출 가스를 공급 받을 수 있다. 즉 관체(10)에 구비되는 제1 제어밸브(V21)는 공정 배출 가스를 제1, 제2 산화촉매탑(221, 222) 공급하는 것을 선택한다.
플라즈마반응기(40) 및 오존발생기(90)는 제1, 제2 산화촉매탑(221, 222)에 연결되어, 제1, 제2 산화촉매(211, 212)의 전방에 선택적으로 수소 및 오존을 공급할 수 있다. 이를 위하여, 공급관로(450)는 제1, 제2 산화촉매탑(221, 222)에 연결되고, 플라즈마반응기(40)와 오존발생기(90)에 연결되어 수소와 합성가스 및 오존을 선택적으로 공급한다.
공급관로(450)에는 제3 제어밸브(V23)이 개재되어 플라즈마반응기(40)에 연결되고, 제4 제어밸브(V24)가 개재되어 오존발생기(90)에 연결된다.
즉, 플라즈마반응기(40)는 제3 제어밸브(V23) 및 공급관로(450)를 통하여 제1, 제2 산화촉매탑(221, 222)에 선택적으로 연결되고, 오존발생기(90)는 제4 제어밸브(V24)를 통하여 제1, 제2 산화촉매탑(221, 222)에 선택적으로 연결된다.
예를 들면, 제2 산화촉매(212)가 피독된 경우, 제1 제어밸브(V21)는 공정 배출 가스를 제1 산화촉매탑(221)으로 공급하여 제2 산화촉매(212)에 대하여 바이패스 하고, 제3 제어밸브(V23)는 공급관로(450)을 통하여 수소 및 합성가스를 제2 산화촉매탑(222)으로 공급하여 피독된 제2 산화촉매(212)로부터 무기 물질을 제거하여 제2 산화촉매(212)를 재생한다. 이때, 공정 배출 가스에 포함된 오염 물질은 제1 산화촉매탑(221)의 제1 산화촉매(211)에서 제거된다.
또한, 피독된 제2 산화촉매(212)로부터 보다 고온 조건에서 무기 물질을 제거한 후, 플라즈마반응기(40)의 구동을 정지하고, 무기 물질을 제거한 온도 보다 낮은 온도에서 오존발생기(90)를 구동한다.
이러한 상태에서, 오존발생기(90)에서 생성된 많은 양의 오존이 제2 산화촉매탑(222) 내의 제2 산화촉매(212)로 공급됨에 따라 피독된 제2 산화촉매(212)로부터 유기 물질이 오존에 의해 산화 제거된다.
즉 플라즈마반응기(40)와 오존발생기(90)는 제2 산화촉매(212)에 대하여 주기적으로 구동되어 수소와 오존을 각각 제2 산화촉매(212)에 주기적으로 공급한다. 따라서 제2 산화촉매(212)는 오염 물질을 제거하지 않을 때, 주기적으로 무기 물질 및 유기 물질로부터 재생될 수 있다.
또한 제1 산화촉매(211)가 피독된 경우, 제1 제어밸브(V21)는 공정 배출 가스를 제2 산화촉매탑(222)으로 공급하여 제1 산화촉매(211)에 대하여 바이패스 하고, 제3 제어밸브(V23)은 수소 및 합성가스를 제1 산화촉매탑(221)으로 공급하여 피독된 제1 산화촉매(211)로부터 무기 물질을 제거하여 제1 산화촉매(211)를 재생한다. 이때, 공정 배출 가스에 포함된 오염 물질은 제2 산화촉매탑(222)의 제2 산화촉매(212)에서 제거된다.
또한, 피독된 제1 산화촉매(211)로부터 보다 고온 조건에서 무기 물질을 제거한 후, 플라즈마반응기(40)의 구동을 정지하고, 무기 물질을 제거한 온도 보다 낮은 온도에서 오존발생기(90)를 구동한다.
이러한 상태에서, 오존발생기(90)에서 생성된 많은 양의 오존이 제1 산화촉매탑(221) 내의 제1 산화촉매(211)로 공급됨에 따라 피독된 제1 산화촉매(211)로부터 유기 물질이 오존에 의해 산화 제거된다.
즉 플라즈마반응기(40)와 오존발생기(90)는 제1 산화촉매(211)에 대하여 주기적으로 구동되어 수소와 오존을 각각 제1 산화촉매(211)에 주기적으로 공급한다. 따라서 제1 산화촉매(211)는 오염 물질을 제거하기 않을 때, 주기적으로 무기 물질 및 유기 물질로부터 재생될 수 있다.
따라서 제2 또는 제1 산화촉매(212, 211)를 재생하면서 제1 또는 제2 산화촉매탑(221, 222)의 제1 또는 제2 산화촉매(211, 212)를 통하여 지속적으로 공정 배출 가스를 산화 제거할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예의 변형예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 11을 참조하면, 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치(107)는, 산화촉매탑(220)을 복수의 제1 산화촉매탑(221)과 제2 산화촉매탑(222)으로 형성한다. 제1 산화촉매탑(221)과 제2 산화촉매탑(222)은 병렬로 배치되어, 제2 제어밸브(V22)에 의하여 선택적환원촉매(31)에 선택적으로 연결될 수 있다.
제1 제어밸브(V21)는 제1, 제2 산화촉매(211, 212)의 전방에 배치되어 관체(10)를 제1, 제2 산화촉매탑(221, 222)에 선택적으로 연결한다. 따라서 제1 제어밸브(V21)의 제어에 따라 관체(10)를 경유한 제1 온도의 공정 배출 가스는 제1, 제2 산화촉매탑(221, 222)의 제1, 제2 산화촉매(211, 212)에 선택적으로 공급될 수 있다.
제2 제어밸브(V22)는 제1, 제2 산화촉매(211, 212)의 후방에 배치되어, 제1, 제2 산화촉매탑(221, 222)을 선택적으로 선택적환원촉매(31)에 연결한다. 따라서 제2 제어밸브(V22)의 제어에 따라 제1, 제2 산화촉매탑(221, 222)의 제1, 제2 산화촉매(211, 212)를 경유한 제2 온도의 공정 배출 가스는 선택적환원촉매(31)에 선택적으로 공급될 수 있다.
플라즈마반응기(40)는 제1 제어밸브(V21)의 후방이면서 제1, 제2 산화촉매(211, 212)의 전방에서 선택적환원촉매(31)를 개재하여 제1 산화촉매탑(221)과 제2 산화촉매탑(222)에 선택적으로 연결된다. 따라서 제3 제어밸브(V23)의 제어에 따라 플라즈마반응기(40)에서 발생된 수소가 함유된 고온의 합성가스는 제1, 제2 산화촉매탑(221, 222)의 제1, 제2 산화촉매(211, 212)에 선택적으로 공급될 수 있다.
예를 들면, 제2 산화촉매(212)가 피독된 경우, 제2 산화촉매(212)는 재생되고, 제1 산화촉매(211)는 산화촉매 작용하여 가연성 물질을 산화 제거하면서 공정 배출 가스의 온도를 승온시키고, 이때 승온된 온도에서 선택적환원촉매(31)는 선택적촉매환원 반응으로 NOx를 제거한다.
즉 제1 제어밸브(V21)는 관체(10)를 제1 산화촉매탑(221)에 선택 연결하여, 제1 온도의 공정 배출 가스는 제1 산화촉매탑(221)으로 공급되어 제1 산화촉매(211)에서 산화된다. 제2 제어밸브(V22)는 제1 산화촉매탑(221)을 환원촉매탑(30)에 연결하여, 제2 온도로 공급되는 공정 배출 가스는 환원촉매탑(30)으로 공급되어 선택적환원촉매(31)에서 환원된다.
그리고 제3 제어밸브(V23)는 플라즈마반응기(40)를 피독된 제2 산화촉매(212)에 선택 연결하여, 수소가 함유된 합성가스는 제2 산화촉매(212)에 공급되어 제2 산화촉매(212)를 피독시킨 유기 물질 및 무기 물질을 제거한다.
또한, 제1 산화촉매(211)가 피독된 경우, 제1 산화촉매(211)는 재생되고, 제2 산화촉매(212)는 산화촉매 작용하여 가연성 물질을 산화 제거하면서 공정 배출 가스의 온도를 승온시키고, 이때 승온된 온도에서 선택적환원촉매(31)는 선택적촉매환원 반응으로 NOx를 제거한다.
즉 제1 제어밸브(V21)는 관체(10)를 제2 산화촉매탑(222)에 선택 연결하여, 제1 온도의 공정 배출 가스는 제2 산화촉매탑(222)으로 공급되어 제2 산화촉매(212)에서 산화된다. 제2 제어밸브(V22)는 제2 산화촉매탑(222)을 환원촉매탑(30)에 연결하여, 제2 온도로 공급되는 공정 배출 가스는 환원촉매탑(30)으로 공급되어 선택적환원촉매(31)에서 환원된다.
그리고 제3 제어밸브(V23)는 플라즈마반응기(40)를 피독된 제1 산화촉매(211)에 선택 연결하여, 수소가 함유된 합성가스는 제1 산화촉매(211)에 공급되어 제1 산화촉매(211)를 피독시킨 유기 물질 및 무기 물질을 제거 한다.
따라서, 오염 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(7)는 제2 또는 제1산화촉매(211, 212)를 재생하면서 제1 또는 제2 산화촉매탑(221, 222)의 제1 또는 제2산화촉매(211, 212)를 통하여 지속적으로 제1 온도의 공정 배출 가스에 포함된 가연성 물질을 촉매 산화 작용으로 제거하고, 이때 발생되는 고온으로 선택적환원촉매(31)를 통하여 NOx를 제거할 수 있다.
또한 제1 또는 제2 산화촉매(211, 212)를 선택적으로 재생시킨 후, 제1, 제2 산화촉매탑(221, 222)으로 배출되는 제2 온도 수준의 공정 배출 가스는 선택적환원촉매(31)로 공급되어, 선택적환원촉매(31)를 기동 온도까지 승온시킨다.
따라서 선택적환원촉매(31)는 전방으로 유입되는 제2 온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 충분히 승온되고, 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 별도의 가열 수단 없이 효과적으로 충분히 환원 제거할 수 있다.
공정 배출 가스가 대유량인 경우에도, 제1 온도의 공정 배출 가스를 전체적으로 가열하지 않게 하므로 많은 에너지와 대형 버너와 같은 큰 설비를 필요로 하지 않으면서, 공정 배출 가스를 바이패스 배출하지 않는다.
도 12은 본 발명의 제8 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이고, 도 13는 도 12에 적용되는 플라즈마반응기를 도시한 단면도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치(108)의 산화촉매탑(320)은 관체(10)에 연결되고, 환원촉매탑(30)은 산화촉매탑(320)의 후방에 구비되어 연결된다. 제1 제어밸브(V31)은 산화촉매탑(320)의 전방에 구비되고, 제2 제어밸브(V32)은 산화촉매탑(320)의 전방에 구비된다.
제1 제어밸브(V31)는 관체(10)에서 산화촉매탑(320)으로 공급되는 제1 온도의 공정 배출 가스를 단속하고, 제2 제어밸브(V32)는 산화촉매탑(320)에서 환원촉매탑(30)으로 공급되는 제2 온도의 공정 배출 가스를 단속한다.
바이패스관체(350)는 산화촉매탑(320)을 바이패스 하도록 산화촉매(321)의 전방에서 관체(10)에 제1 제어밸브(V31)를 개재하여 연결되고, 산화촉매(321)의 후방에서 산화촉매탑(320)에 제2 제어밸브(V32)를 개재하여 연결된다. 플라즈마반응기(340)는 바이패스관체(350) 상에 설치된다.
따라서 제1, 제2 제어밸브(V31, V32)의 선택 제어에 따라, 공정 배출 가스는 제1, 제2 제어밸브(V31, V32)에서 일시적으로 유입 배출이 차단되고, 산화촉매(321)와 플라즈마반응기(340)는 바이패스관체(350) 및 제1, 제2 제어밸브(V31, V32)를 통하여 폐회로(closed loop)를 형성한다. 즉 플라즈마반응기(340)는 폐회로를 순환하는 제1 온도의 공정 배출 가스와 별도로 공급되는 공기로 플라즈마 반응을 일으켜 수소가 포함된 합성가스를 생성하고 순환시킨다.
플라즈마반응기(340)는 별도의 신기(fresh air)를 공급받지 않고, 제1 온도에서 점진적으로 가열되는 고온의 공정 배출 가스를 공급받아 구동되므로 공정 배출 가스의 온도 상승을 위한 연료를 절감할 수 있다. 다만, 폐회로로 플라즈마반응기(340)를 운전할 때, 기 연소된 기체를 계속 공급받아서 사용하기 때문에 산소의 농도가 점진적으로 낮아진다.
따라서 일반 버너를 이용하여 폐회로로 운전하는 경우, 운전 가능 범위가 매우 좁아진다. 그러나 플라즈마반응기(340)는 폐회로로 운전하는 경우에도, 플라즈마반응기(340) 내부로 유입되는 기체의 산소 농도가 연소당량비의 10~100% 정도까지도 화염을 유지할 수 있다.
그러므로 플라즈마반응기(340)를 운전하여 수소가 함유된 합성가스를 충분히 생산하여 산화촉매(321)에 공급하여 순환시키므로 산화촉매(321)에서 산화촉매 작용으로 가연성 물질을 제거하고, 산화촉매(321) 상에서 발생하는 촉매 피독을 재생하면서 선택적환원촉매(31)에서 NOx를 충분히 제거할 수 있다.
이를 위하여, 플라즈마반응기(340)에서 하우징(341)의 일측에 구비되는 공정배출가스공급구(343)는 바이패스관체(350)에 연결되어 제2 제어밸브(V32)를 경유하는 제1 온도에서 점진적으로 가열된 고온의 공정 배출 가스를 하우징(341) 내부로 공급한다.
순환하는 공정 배출 가스와 공기공급구(344)로 공급되는 공기(신기)를 부분적으로 이용하여, 접지되는 하우징(341)과 전압(V)이 인가되는 전극(342)은 서로의 사이에서 아크를 일으키고 플라즈마반응공간(S)에서 플라즈마 반응을 일으킨다.
이로 인하여, 하우징(341)의 다른 일측에 구비되는 토출구(345)는 플라즈마반응공간(S)에서 플라즈마 반응으로 생성되는 수소가 포함된 합성가스를 바이패스관체(350)로 토출하여, 제1 제어밸브(V31)를 경유하여 산화촉매(321)로 다시 공급되게 한다.
오염 촉매의 재생 수단이 포함된 질소산화물 저감 장치(105)는 유기 물질 및 무기 물질로 피독된 산화촉매(321)를 재생하면서 산화촉매탑(320)의 산화촉매(321)를 통하여 지속적으로 제1 온도에서 더 가열되는 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 선택적환원촉매(31)에서 선택적환원반응으로 제거할 수 있다.
또한 산화촉매(321)를 재생시킨 후, 제1, 제2 제어밸브(V31, V32)의 제어에 의하여, 바이패스관체(350)가 차단되고, 산화촉매탑(320)에서 배출되는 제2 온도 수준의 공정 배출 가스는 선택적환원촉매(31)로 공급되어, 선택적환원촉매(31)를 기동 온도까지 승온시킨다.
따라서 선택적환원촉매(31)는 전방으로 유입되는 제2 온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 충분히 승온되어, 제2 온도의 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 별도의 가열 수단 없이 효과적으로 충분히 환원시켜 제거할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 14를참조하면, 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치(109)의 선택적환원촉매(71)를 내장하는 환원촉매탑(70)은, 산화촉매탑(320)의 전방에 구비되어 관체(10)에 연결된다.
산화촉매탑(320)의 후방에 연결되는 후방 관체(11)와 환원촉매탑(70)의 전방에 연결되는 관체(10)에 열교환기(80)가 설치된다. 열교환기(80)는 산화촉매탑(320)에서 가열된 제2 온도의 공정 배출 가스의 열을 관체(10)로 전달하여, 관체(10)로 공급되는 제1 온도의 공정 배출 가스를 제2 온도 수준으로 승온시킨다.
제1 제어밸브(V31)는 관체(10)를 경유하여 환원촉매탑(70)에서 산화촉매탑(320)으로 공급되는 제1 온도의 공정 배출 가스를 단속하고, 후방 관체(11)는 산화촉매탑(320)에서 및 열교환기(80) 측으로 제2 온도의 공정 배출 가스를 공급한다.
제1 제어밸브(V31)의 선택 제어에 따라, 산화촉매(321)는 플라즈마반응기(40) 또는 환원촉매탑(70)에 연결된다. 즉 플라즈마반응기(40)는 연료와 공기로 플라즈마 반응을 일으켜 수소가 포함된 합성가스를 생성하고 공급한다.
수소가 함유된 합성가스가 충분히 생산되어 산화촉매(321)를 경유하므로 산화촉매(321)는 산화촉매 작용으로 가연성 물질을 제거하고, 재생되면서 선택적환원촉매(31)에서 NOx를 충분히 제거할 수 있도록 공정 배출 가스를 제2 온도 수준으로 가열한다.
합성가스를 포함하여 가열된 공정 배출 가스는 산화촉매탑(320)에서 후방 관체(11)로 배출되고, 열교환기(80)를 통하여 관체(10)로 열전달된다. 관체(10)로 공급되는 제1 온도의 공정 배출 가스는 열교환기(80)에서 전달되는 열에 의하여 제2 온도 수준을 승온된다.
제2 온도 수준으로 승온된 공정 배출 가스는 선택적환원촉매(31)로 공급되어, 선택적환원촉매(31)를 기동 온도까지 승온시킨다. 따라서 선택적환원촉매(31)는 제2 온도의 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 별도의 가열 수단 없이 효과적으로 충분히 환원시켜 제거할 수 있다.
도 15는 본 발명의 제10 실시예에 따른 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 15를 참조하면, 오염된 산화촉매의 재생 수단을 포함하는 공정 배출가스 오염물질 제거장치(110)의 제1 제어밸브(V31)는, 관체(10)를 경유하여 환원촉매탑(70)에서 산화촉매탑(320)으로 공급되는 제1 온도의 공정 배출 가스를 단속하고, 제2 제어밸브(V32)는 산화촉매탑(320)에서 후방 관체(11) 및 열교환기(80) 측으로 공급되는 제2 온도의 공정 배출 가스를 단속한다.
제1, 제2 제어밸브(V31, V32)의 선택 제어에 따라, 산화촉매(321)와 플라즈마반응기(340)는 바이패스관체(350)를 통하여 폐회로(closed loop)를 형성한다. 즉 플라즈마반응기(340)는 폐회로를 순환하는 제1 온도의 공정 배출 가스 및 별도로 공급되는 공기로 플라즈마 반응을 일으켜 수소가 포함된 합성가스를 생성하고 순환시킨다.
수소가 함유된 합성가스가 충분히 생산되어 산화촉매(321)를 순환하므로 산화촉매(321)는 산화촉매 작용으로 가연성 물질을 더 빨리 제거하고, 재생되면서 선택적환원촉매(31)에서 NOx를 충분히 제거할 수 있도록 공정 배출 가스를 제2 온도 수준으로 가열한다.
합성가스를 포함하여 가열된 공정 배출 가스는 산화촉매탑(320)에서 후방 관체(11)로 배출되고, 열교환기(80)를 통하여 관체(10)로 열전달된다. 관체(10)로 공급되는 제1 온도의 공정 배출 가스는 열교환기(80)에서 전달되는 열에 의하여 제2 온도 수준을 승온된다.
제2 온도 수준으로 승온된 공정 배출 가스는 선택적환원촉매(31)로 공급되어, 선택적환원촉매(31)를 기동 온도까지 더 신속하게 승온시킨다. 따라서 선택적환원촉매(31)는 제2 온도의 공정 배출 가스에 포함된 NOx를 별도의 가열 수단 없이 효과적으로 충분히 환원시켜 제거할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
(부호의 설명)
101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치
10, 11 : 관체
20, 220, 320: 산화촉매탑 21, 321: 산화촉매
30, 70: 환원촉매탑 31, 71: 선택적환원촉매
40, 60, 340: 플라즈마반응기 41, 341, 641: 하우징
42, 342: 전극 43: 연료공급구
44, 344: 공기공급구 45: 토출구
50, 350: 바이패스관체 80: 열교환기
211, 212: 제1, 제2산화촉매 221, 222: 제1, 제2 산화촉매탑
343: 공정배출가스공급구 643: 연료추가공급구
644: 공기추가공급구 90: 오존발생기
61: 개질촉매 G: 방전갭
S: 플라즈마반응공간 V: 전압
V1, V21, V31: 제1 제어밸브 V22, V32: 제2 제어밸브
V23: 제3 제어밸브 V24: 제 4제어 밸브

Claims (26)

  1. 가연성 물질, 유기 물질, 무기 물질 및 질소산화물이 포함된 제1 온도의 공정 배출 가스를 유통시키는 관체에 연결되어 상기 가연성 물질을 산화 제거하는 산화촉매를 내장하는 산화촉매탑; 및
    상기 산화촉매의 전방에서 상기 산화촉매탑에 연결되어 플라즈마 반응으로 수소가 포함된 300℃ 이상 고온의 합성가스를 생성하여 상기 산화촉매에 공급하여 유기 물질 및 무기 물질로 피독된 상기 산화촉매를 재생시키는 플라즈마반응기를 포함하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화촉매탑에 연결되어 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도의 공정 배출 가스에 포함된 상기 질소산화물을 제거하는 선택적환원촉매를 내장하는 환원촉매탑을 더 포함하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 온도의 공정 배출 가스를 상기 관체에서 상기 산화촉매로 공급하거나 상기 산화촉매를 바이패스 하여 상기 환원촉매탑으로 공급하도록 선택하는 제1 제어밸브를 더 포함하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 선택적환원촉매는,
    상기 산화촉매를 경유한 상기 제2 온도의 공정 배출 가스에 의하여 기동 온도까지 가열되는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마반응기는,
    일측에 연료공급구와 공기공급구를 구비하고 다른 일측에 수소가 포함된 합성가스를 토출하는 토출구를 구비하며 접지되는 하우징; 및
    상기 연료공급구와 상기 공기공급구 사이에 구비되고 전압이 인가되는 전극을 포함하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 전극의 전방과 상기 토출구 사이에 확장된 플라즈마반응공간을 구비하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 플라즈마반응기는,
    상기 하우징의 상기 연료공급구 및 상기 공기공급구에서 상기 토출구 사이에 형성되는 상기 플라즈마반응공간에 연통하는 개질촉매를 더 포함하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 플라즈마반응기는,
    상기 하우징의 상기 플라즈마반응공간과 상기 개질촉매 사이에 연료추가공급구와 공기추가공급구를 구비하여 연료와 공기를 추가로 공급하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 산화촉매를 바이패스 하도록 상기 제1 제어밸브를 상기 산화촉매탑에 연결하는 바이패스관체를 더 포함하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 산화촉매탑은,
    병렬로 배치되고 제2 제어밸브에 의하여 상기 선택적환원촉매에 선택적으로 연결되는 제1 산화촉매탑과 제2 산화촉매탑을 포함하며,
    상기 제1 제어밸브는,
    상기 관체를 상기 산화촉매의 전방에서 상기 제1 산화촉매탑과 상기 제2 산화촉매탑에 선택적으로 연결하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라즈마반응기는,
    제3 제어밸브를 개재하여 상기 제1 산화촉매탑과 상기 제2 산화촉매탑에 선택적으로 연결되는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 산화촉매탑의 전방에 구비되어 상기 산화촉매탑으로 공급되는 상기 제1 온도의 공정 배출 가스를 단속하는 제1 제어밸브; 및
    상기 산화촉매탑의 후방에 구비되어 상기 산화촉매탑에서 공급되는 상기 제2 온도의 공정 배출 가스를 단속하는 제2 제어밸브를 더 포함하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 플라즈마반응기는,
    상기 제1 제어밸브와 상기 제2 제어밸브를 연결하는 바이패스관체 상에 설치되어, 상기 제1 제어밸브와 상기 제2 제어밸브의 선택 작동으로 형성되는 폐회로(closed loop)를 순환하는 상기 제1 온도의 공정 배출 가스와 별도로 공급되는 공기로 플라즈마 반응을 일으켜 수소가 포함된 300℃ 이상 고온의 합성가스를 생성하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매의 전방에서 상기 촉매탑에 연결되어 오존을 공급하는 오존발생기를 더 포함하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 산화촉매를 바이패스 하도록, 상기 산화촉매의 후방에서 상기 산화촉매탑에 일측이 연결되고, 제1 제어밸브를 개재하여 다른 타측은 상기 관체에 연결되는 바이패스관체를 더 포함하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 산화촉매탑은,
    병렬로 배치되고 제2 제어밸브에 의하여 상기 선택적환원촉매에 선택적으로 연결되는 제1 산화촉매탑과 제2 산화촉매탑을 포함하며,
    상기 제1 제어밸브는,
    상기 관체를 상기 산화촉매의 전방에서 상기 제1 산화촉매탑과 상기 제2 산화촉매탑에 선택적으로 연결하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 플라즈마반응기와 상기 오존발생기에 연결되어 수소와 오존을 선택적으로 공급하는 공급 관로는,
    상기 제3 제어밸브를 개재하여 상기 플라즈마반응기를 상기 제1 산화촉매탑과 상기 제2 산화촉매탑에 선택적으로 연결하고,
    제4 제어밸브를 개재하여 상기 오존발생기를 상기 제1 산화촉매탑과 상기 제2 산화촉매탑에 선택적으로 연결하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 산화촉매 및 상기 제2 산화촉매는,
    상기 제1 산화촉매탑 및 상기 제2 산화촉매탑 내에서 1단 또는 복수 단으로 형성되는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 플라즈마반응기에 공급되는 공기는,
    연소당량비의 10~100%로 설정되는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 환원촉매탑은,
    상기 산화촉매탑의 후방에 구비되는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제1 제어밸브는,
    상기 관체에서 상기 산화촉매탑으로 공급되는 상기 제1 온도의 공정 배출 가스를 단속하며,
    상기 제2 제어밸브는,
    상기 산화촉매탑에서 상기 환원촉매탑으로 공급되는 상기 제2 온도의 공정 배출 가스를 단속하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치
  22. 제 12 항에 있어서,
    상기 환원촉매탑은 상기 산화촉매탑의 전방에 구비되어 상기 관체에 연결되고,
    상기 관체와 상기 산화촉매탑의 후방 관체에 열교환기가 설치되는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치
  23. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 제어밸브는,
    상기 환원촉매탑에서 상기 산화촉매탑으로 공급되는 상기 제1 온도의 공정 배출 가스를 단속하고,
    상기 제2 제어밸브는,
    상기 산화촉매탑에서 상기 열교환기 측으로 공급되는 상기 제2 온도의 공정 배출 가스를 단속하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거장치
  24. 피독된 촉매를 재생하기 위하여, 공정 배출 가스를 차단하여 산화촉매에 대하여 바이패스 하는 제1단계;
    플라즈마반응기를 구동하여 발생된 수소를 상기 산화촉매에 공급하여 피독된 촉매의 무기 물질을 제거하는 제2단계;
    상기 플라즈마반응기의 구동부터 설정 시간 경과 후, 상기 플라즈마반응기의 작동을 중지하여 수소 공급을 차단하는 제3단계;
    오존발생기를 구동하여 발생된 오존을 상기 촉매에 공급하여 피독된 산화촉매의 유기 물질을 제거하는 제4단계; 및
    상기 오존발생기의 구동부터 설정 시간 경과 후, 상기 오존발생기의 작동을 중지하여 오존 공급을 차단하고 상기 산화촉매에 대한 바이패스를 해제하며 상기 산화촉매로 공정 배출 가스를 유입하는 제5단계를 포함하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제1단계는,
    상기 공정 배출 가스의 온도가 설정치(350℃) 보다 높은 조건에서 무기 물질에 피독된 산화촉매를 재생하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 3 단계는,
    상기 공정 배출 가스가 설정치 보다 높은 온도에서 진행되어 무기 물질을 제거하고,
    상기 제 4 단계는,
    상기 공정 배출 가스가 상기 설정치 보다 낮은 온도에서 진행되어 유기 물질을 산화 제거하는 오염된 산화촉매의 재생 수단이 포함된 공정 배출가스 오염물질 제거방법.
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