WO2018026134A1 - 질소산화물, 염화불화탄소류, 수소염화불화탄소류, 수소불화탄소류 및 과불화화합물을 포함하는 복합 폐가스의 통합 처리 시스템 - Google Patents

질소산화물, 염화불화탄소류, 수소염화불화탄소류, 수소불화탄소류 및 과불화화합물을 포함하는 복합 폐가스의 통합 처리 시스템 Download PDF

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김진상
조성종
윤성진
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Definitions

  • the present invention relates to the field of integrated treatment of composite waste gas, and more particularly, a system for integrated treatment of a composite waste gas containing nitrogen oxides, chlorofluorocarbons, hydrochlorofluorocarbons, hydrogenfluorocarbons, and perfluorinated compounds. It is about.
  • Nitrogen oxides contain various types of compounds depending on the combined state of nitrogen and oxygen. Most of the nitrogen oxides are produced by combustion of fuels such as nitrogen monoxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2 ), nitrogen trioxide (N 2 O 3 ), Nitrogen pentoxide (N 2 O 5 ), which is commonly called nitrogen oxide (hereinafter referred to as NO x ).
  • NO nitrogen monoxide
  • NO 2 nitrogen dioxide
  • N 2 O 3 nitrogen trioxide
  • Nitrogen pentoxide N 2 O 5
  • NO x nitrogen oxide
  • the capacity ratio of NO / NO x in the combustion gas discharged from the boiler combustion facility is about 90 to 95%, and most of the NO x in the exhaust gas is nitrogen monoxide (NO).
  • NO nitrogen monoxide
  • Nitrogen monoxide (NO) is a colorless, odorless gas and insoluble in water.
  • NO 2 is produced when NO is oxidized in the atmosphere and is combined with moisture to change to nitric acid (HNO 3 ).
  • nitrous oxide N 2 O
  • CH 4 nitrous oxide
  • HFCs HFCs
  • PFCs PFCs
  • SF 6 SF 6
  • Components such as x , SO 2 and non-methane volatile organic compounds (NMVOCs) and CO are set to be reflected in the greenhouse gas emission trend.
  • chlorofluorocarbons R11_CFCl3 / R12_CF2Cl2
  • chlorofluorocarbons R11_CFCl3 / R12_CF2Cl2
  • hydrochlorofluorocarbons R22_CHClF2 / R123_C2HCl2F3 / R124_C2HClF4
  • hydrochlorofluorocarbons HCFCs
  • hydrofluorocarbons HFCs, R134a_CH2FCF3 / R32_CH2F2 / R125_CHF2CF3 / R152a_C2H4F2 classified as phase greenhouse gases.
  • Perfluorinated compounds are compounds in which a large amount of fluorine is substituted in aliphatic hydrocarbons. These perfluorinated compounds are considered to be the main culprit of global warming because their global warming potential is very high, thousands to tens of thousands of carbon dioxide. Some of these perfluorinated compounds are also used as coatings or refrigerants in cooking vessels and paper cups, but are believed to cause brain, nerve and liver toxicity and disrupt hormones.
  • Perfluorinated compounds are the main source of semiconductor device manufacturing processes such as memory and LCD. For example, it is widely used as an etchant in an etching process and a chamber cleaner in a chemical vapor deposition process, and is discharged in large quantities. Typically, CF 4 , CHF 3 , C 3 F 6 , CH 2 F 2 , C 3 F 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 10 , C 5 F 8 , SF 6 , NF 3 , and the like.
  • Conventional techniques for decomposing noxious gases include selective noncatalytic reduction (SNCR), selective catalytic reduction (SCR), photocatalysis, cement kiln, liquid injection incineration, gas / vapor oxidation ( Gaseous / Fume Oxidation, Reactor Cracking, Argon Plsma Arc, Microwave Plasma, Gas Phase Catalytic Dehalogenation, Super-heated Steam Reactor ), Catalytic Destruction, Chemical Treatment, and Thermal Oxidizer.
  • SNCR selective noncatalytic reduction
  • SCR selective catalytic reduction
  • photocatalysis cement kiln
  • liquid injection incineration gas / vapor oxidation
  • gas / vapor oxidation Gaseous / Fume Oxidation, Reactor Cracking, Argon Plsma Arc, Microwave Plasma, Gas Phase Catalytic Dehalogenation, Super-heated Steam Reactor
  • Catalytic Destruction Chemical Treatment
  • Chemical Treatment and Thermal Oxidizer
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and provides a system capable of integrating and treating a complex waste gas containing nitrogen oxides, chlorofluorocarbons, hydrochlorofluorocarbons, hydrogenfluorocarbons, and perfluorinated compounds. .
  • the present invention relates to nitrogen oxides (NO x and N 2 O), chlorofluorocarbons (CFCs), hydrochlorofluorocarbons (HCFCs), hydrogen fluorocarbons (HFCs), and perfluorocompounds (Perfluorocompounds,
  • a combined waste gas integrated treatment system comprising PFCs), comprising: a first wet treatment apparatus for flushing and adsorbing dust comprising gas, SO x , and ash dissolved in water;
  • a decomposition reactor for treating nitrogen oxides (NO x and N 2 O), CFCs, HCFCs, HFCs, and PFCs by receiving the waste gas treated in the first wet processing apparatus;
  • a second wet treatment device configured to receive the waste gas treated in the decomposition reactor and wash and adsorb the treated waste gas.
  • One embodiment of the cracking reactor comprises at least one first catalyst bed for the cracking of one or more heat accumulator layers, CFCs, HCFCs, HFCs and PFCs, a combustion chamber, a reducing agent spray and a N 2 O cracking in the processing chamber.
  • a second catalyst layer and a third catalyst layer for NO x decomposition are arranged.
  • the first heat accumulator layer, the first catalyst layer, the combustion chamber, the first catalyst layer, the reducing agent injection unit, the second catalyst layer, the third catalyst layer, and the heat accumulator layer may be horizontally disposed from the waste gas inlet side.
  • a heat exchanger may be further provided to perform heat exchange between the gas transferred from the first wet treatment apparatus to the decomposition reactor and the gas delivered from the decomposition reactor to the second wet treatment apparatus.
  • a preheater may be further provided for preheating the waste gas introduced into the decomposition reactor.
  • decomposition reactor may be a vertical type including two or more compartments in which the interior of the processing chamber is separated by a partition having a predetermined height, and a combustion chamber provided in an integrated space above the compartment.
  • a heat storage layer in each of the two or more compartments, a heat storage layer, a third catalyst layer, a second catalyst layer, a reducing agent injection unit, and a first catalyst layer are sequentially stacked from below, for each of the two or more compartments.
  • the lower portion of the gas inlet and outlet may be provided.
  • Each of the gas inlet and outlet may have one of which serves as the outlet when one serves as the gas inlet.
  • the first and second wet processing apparatuses may include two or more filter layers or packing layers therein, and a washing water spraying unit and two or more adsorption layers disposed to spray washing water to the two or more filter layers or packing layers, respectively.
  • a washing water spraying unit and two or more adsorption layers disposed to spray washing water to the two or more filter layers or packing layers, respectively.
  • a composite of nitrogen oxides (NO x and N 2 O), chlorofluorocarbons (CFCs), hydrochlorofluorocarbons (HCFCs), hydrogen fluorocarbons (HFCs), perfluorinated compounds (PFCs), and the like A system is provided for integrating waste gas. This is very efficient for each of the gases in the combined waste gas, instead of being individually processed using individually selected crackers to suit their characteristics. Such a configuration enables intensive design and arrangement in the installation of a facility, and also enables the treatment of a large amount of harmful gases.
  • a large capacity of harmful gas inflow capacity of about 5 cubic meters per minute (CMM) or more can be integrated, and such a large amount of harmful gas can be treated at low energy costs.
  • CCM cubic meters per minute
  • FIG. 1 is a view schematically showing a complex waste gas integrated treatment system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a heat exchanger included in the system of the first embodiment of FIG. 1.
  • FIG 3 is a view schematically showing a complex waste gas integrated treatment system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view schematically showing a combined waste gas integrated treatment system according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a graph showing the adsorption performance according to the type of adsorbent applicable to the system of the present invention over time.
  • Figure 6 is a graph showing the removal efficiency for each harmful component compared to the temperature in the decomposition reactor of the system of the present invention.
  • the combined waste gas integrated treatment system of the present invention includes first wet treatment apparatuses 11, 21, and 31, cracking reactors 12, 22, and 32, and second wet treatment apparatuses 13, 23, and 33.
  • Complex waste gas integrated treatment system of the present invention is a system for integrated treatment of the complex waste gas described above, it can be implemented in the first to third embodiments as described in detail below.
  • the first wet treatment devices 11, 21, and 31 wash and adsorb the dust containing gas, SO x , and ash dissolved in water.
  • the cracking reactors 12, 22, and 32 receive waste gases from the first wet treatment devices 11, 21, and 31 to decompose nitrogen oxides (NO x and N 2 O), CFCs, HCFCs, HFCs, and PFCs.
  • nitrogen oxides NO x and N 2 O
  • CFCs CFCs
  • HCFCs HCFCs
  • HFCs HFCs
  • PFCs PFCs
  • the second wet treatment devices 13, 23, and 33 receive the waste gas decomposed from the decomposition reactors 12, 22, and 32, and wash and adsorb the waste gas.
  • the first wet treatment apparatuses 11, 21, 31, the cracking reactors 12, 22, 32, and the second wet treatment apparatuses 13, 23, and 33 employed in the integrated waste gas integrated treatment system of the present invention are each treated. It consists of a device or a facility having a space or a processing chamber and they can be connected to each other by means of gas transfer or delivery, such as piping. Accordingly, the first wet treatment apparatuses 11, 21, 31, the cracking reactors 12, 22, 32, and the second wet treatment apparatuses 13, 23, 33 are sequentially disposed in the flow direction of the waste gas, thereby determining the treatment operation. Do this.
  • cracking reactors 12, 22, 32 employed in the combined waste gas integrated treatment system of the present invention have a configuration capable of treating nitrogen oxides (NO x and N 2 O), CFCs, HCFCs, HFCs, and PFCs.
  • cracking reactors 12, 22, 32 may comprise one or more heat accumulator layers 121, 221, 321, one or more first catalyst layers 122, 222, 322 for the decomposition of CFCs, HCFCs, HFCs, and PFCs, combustion chambers.
  • reducing agent injection parts 124, 224, 324, second catalyst layers 125, 225, 325 for N 2 O decomposition and third catalyst layers 126, 226, 326 for NO x decomposition In the processing space or the processing chamber can be integrated and efficiently processed a complex waste gas containing nitrogen oxides (NO x and N 2 O), CFCs, HCFCs, HFCs, and PFCs.
  • Such decomposition reactors 12, 22, 32 may be implemented in various embodiments, which will be described in detail below.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a first embodiment of the combined waste gas integrated treatment system of the present invention.
  • the first embodiment of the combined waste gas integrated treatment system of the present invention includes a first wet treatment apparatus 11, a cracking reactor 12, and a second wet treatment apparatus 13.
  • the combined waste gas integrated treatment system of the first embodiment may further include a heat exchanger 14 and a preheater 15.
  • the first wet processing device 11 is a pretreatment cleaning and adsorption device for cleaning and adsorbing the composite waste gas.
  • the first wet treatment apparatus 11 may include two or more stages of the filter or packing layer 112 capable of cleaning with water in the processing chamber, and a washing water spraying unit capable of injecting water into each of the filter or packing layer 112. 111).
  • the first wet processing apparatus 11 includes a first adsorption layer 113 and a second adsorption layer 114.
  • the first wet processing device 11 may be a horizontal type in which the introduced complex waste gas flows in the horizontal direction.
  • the two-stage filter or packing layer 112 is used to flush the dust containing SO x and ash produced by the combustion process of the fossil fuel containing sulfur and gas dissolved in water in the complex waste gas with water. do.
  • Filter type or packing layer for widening the contact between the inlet gas and the washing water, the washing water injection unit 111 is disposed so that the washing water flows from the top to the bottom to cross-wash water for the inlet composite waste gas flowing horizontally A spray nozzle.
  • Filters, packing layers, and spray nozzle materials include PE, PP, PTFE, PFA, ETFE, which do not easily stick to cohesive agents after contact with water, such as silica-containing salts, ammonium bisulfate, ammonium sulfate, and silane It can be constructed from materials.
  • the first and second adsorption layers 113 and 114 are halogen compounds (HF, HCl, BCl 3 , CCl 4, etc.) that may degrade catalytic decomposition performance in the introduced complex waste gas, and salts generated during acid gas neutralization. And is used to remove fossil fuels containing sulfur (S) and by-products generated thereafter. Sulfur (S) there is SO x is generated in the fossil fuel combustion process containing this, at first, and the sulfur trioxide (SO 3) is a very fine aerosol year from then sulfur dioxide (SO 2) in gas form, containing more water By-products such as sulfuric acid (H 2 SO 4 ) suspended in the particulate or fog state.
  • SO 3 sulfur trioxide
  • Adsorbent materials that can be applied to the first and second adsorption layers 113 and 114 are bauxite, activated magnesium oxide, zeolite, activated alumina, activated carbon, silica gel, bone char, molecular sieve carbon, ion exchange carbon, MR type ion It may include an exchange resin, activated clay, etc., and may be configured to suit the characteristics of the material to be adsorbed by mixing any one or more of inorganic materials and the like depending on the structural characteristics of each material.
  • the decomposition reactor 12 employed in the first embodiment is a horizontal reactor in which nitrogen oxides (NO x and N 2 O), CFCs, HCFCs, HFCs are introduced into the processing space or the processing chamber while the introduced complex waste gas flows in the transverse direction. , And PFCs are decomposed.
  • nitrogen oxides NO x and N 2 O
  • CFCs CFCs
  • HCFCs HCFCs
  • HFCs HFCs
  • the decomposition reactor 12 of the first embodiment includes a first catalyst layer 122, a combustion chamber 123, and a reducing agent for decomposition of the heat accumulator layer 121, CFCs, HCFCs, HFCs, and PFCs disposed in the front and rear ends of the processing chamber.
  • the injection unit 124, the second catalyst layer 125 for N 2 O decomposition, and the third catalyst layer 126 for NO x decomposition are disposed.
  • the heat storage layer 121 is disposed as a ceramic heat storage body at the front and rear ends of the processing chamber for the purpose of preventing heat loss.
  • a first catalyst layer 122 for disassembling CFCs, HCFCs, HFCs, and PFCs is disposed.
  • the first catalyst layer 122 may be arranged before and after the combustion chamber 123 as shown in the drawing of the first embodiment.
  • the combustion chamber 123 is arranged a heat source for maintaining the operating temperature (350 ⁇ 800 °C) of the catalytic reactor.
  • a heat source a burner capable of burning with LPG or LNG and combustion air, Argon Plasma Arc, Inductively-Coupled Radio-Frequency Plasma, Nitrogen Plasma Arc, Microwave plasmas may be used, but the present invention is not limited thereto.
  • the reducing agent injector 124 is arranged to inject ammonia, urea, hydrocarbons or the like into the gas after the catalytic reaction.
  • the second catalyst layer 125 for NO x decomposition and the third catalyst layer 126 for decomposition of the catalyst and N 2 O are sequentially arranged.
  • the components are arranged horizontally to lower the pressure drop of the integrated treatment system including the decomposition reactor during the decomposition of the noxious gas.
  • components such as catalyst layers, heat accumulator layers, combustion chambers, etc. may be configured in separate modules to allow partial and individual replacement or to replace the entire reactor.
  • the catalysts of the catalyst layers described above may have a shape such as spherical shape, pellet type, hollow cylinder type, honeycomb type, and the like, and may be configured to be replaced in an integral or bulk manner according to the shape.
  • the following shows an example of a decomposition reaction scheme for each component in the decomposition reactor 12.
  • the second wet treatment apparatus 13 employed in the integrated waste gas integrated treatment system according to the first embodiment includes a gas such as HF, HCl, unreacted ammonia, and the like, and unreacted fluorine (F) after the decomposition reactor 12 is treated.
  • a gas such as HF, HCl, unreacted ammonia, and the like, and unreacted fluorine (F) after the decomposition reactor 12 is treated.
  • F fluorine
  • the second wet treatment apparatus 13 may include two or more stages of the filter or packing layer 132 that can be cleaned with water in the processing chamber, and a washing water injection unit capable of injecting water into each of the filter or packing layer 132. 131).
  • the second wet processing apparatus 13 includes a first adsorption layer 133 and a second adsorption layer 134.
  • the first wet treatment device 13 may be a horizontal type in which the introduced complex waste gas flows in the horizontal direction.
  • the two or more stages of filter or packing layer 132 are used to flush water with a gas containing ammonia, ammonium salts, and ash, which are dissolved in water and also in the composite waste gas.
  • Filter type or packing layer for widening the contact between the inlet gas and the washing water, and the washing water injection unit 131 is disposed so that the washing water flows from the upper to the lower side to cross-wash water with respect to the influent composite waste gas flowing horizontally.
  • a spray nozzle is disposed so that the washing water flows from the upper to the lower side to cross-wash water with respect to the influent composite waste gas flowing horizontally.
  • Filters, packing layers, and spray nozzle materials include PE, PP, PTFE, PFA, ETFE, which do not easily stick to cohesive agents after contact with water, such as silica-containing salts, ammonium bisulfate, ammonium sulfate, and silane It can be constructed from materials.
  • the third and fourth adsorption layers 133 and 134 are partially untreated gas (CF 4 , CHF 3 , C 3 F 6 , CH 2 F 2 , C 3 F 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 10 , C 5 F 8 , SF 6 , NF 3, CHClF 2, etc.) and an adsorbent having the ability to additionally adsorb any one or more gases.
  • Adsorbent materials that can be applied to the third and fourth adsorption layers 133 and 134 include bauxite, activated magnesium oxide, zeolite, activated alumina, activated carbon, silica gel, bone char, molecular sieve carbon, ion exchange carbon, and MR type ions. It may include an exchange resin, activated clay, etc., and may be configured to suit the characteristics of the material to be adsorbed by mixing any one or more of inorganic materials and the like depending on the structural characteristics of each material.
  • the heat exchanger 14 employed in the first embodiment allows heat exchange between the gas from the first wet processing apparatus 11 and the gas from the cracking reactor 12.
  • the heat exchanger 14 is a pipe connected to the inlet side of the decomposition reactor 12 on the outlet side of the first wet treatment apparatus 11, and an inlet of the second wet treatment apparatus 13 on the outlet side of the decomposition reactor 12.
  • An example of arranging the pipes connected to the side to cross each other and arranging the heat exchanger 14 at the intersection may be applied.
  • the heat exchanger 14 may be preferably applied in the first embodiment, which is a horizontal decomposition reactor, from the first wet treatment device 11 for the decomposition reaction using heat of gas discharged after the decomposition reaction. Preheating the gas flowing into the 12) and at the same time is discharged from the decomposition reactor 12 to cool the gas flowing into the second wet treatment device (13).
  • FIG. 2 One example of a heat exchanger 14 is shown in FIG. 2. As shown in the illustrated example, the heat exchanger 14 allows the gas from the decomposition reactor 12 to flow laterally, and the gas from the first wet treatment device 11 to flow in the longitudinal direction to cross each other. Can be adopted.
  • the gas flow in the transverse direction and the gas flow in the longitudinal direction can be implemented by forming a slot passage alternately arranged with each other, but is not limited thereto.
  • the preheater for preheating the waste gas introduced into the cracking reactor in consideration of the fact that the cracking reactor 12 is at room temperature at the time of initial operation. May be further included.
  • This preheater 15 can shorten the time to reach the operating temperature of the decomposition reactor 12. Once the initial operation is made, the preheater 15 does not operate, and the operation temperature may be maintained at the temperature of the heat exchanger layer 14 and the heat storage layer 121 inside the decomposition reactor 12.
  • Heat sources of the preheater 15 include burners capable of burning LPG or LNG and combustion air, argon plasma arcs, and inductively-coupled radio-frequency plasmas. Nitrogen Plasma Arc, microwave plasma, etc. may be used, but is not limited thereto.
  • a blower 16 may be further included to discharge the waste gas treated by the second wet treatment device 13 into the atmosphere.
  • An air blower with control logic is provided to control the flow rate according to the pressure drop of the front and rear end equipment of the integrated processing system.
  • FIG 3 is a view schematically showing a second embodiment of the integrated waste gas integrated treatment system of the present invention.
  • a second embodiment of the combined waste gas integrated treatment system of the present invention includes a first wet treatment apparatus 21, a cracking reactor 22, and a second wet treatment apparatus 23.
  • the exhaust fan 26 is arrange
  • the decomposition reactor 22 of the second embodiment is another example from the decomposition reactor 12 of the first embodiment described above, and the first wet processing apparatus 21 and the second wet processing apparatus 23 are the same as those of the first embodiment. Or similar devices and arrangements may be applied. Therefore, the decomposition reactor 22 is mainly demonstrated here.
  • the decomposition reactor 22 of the system according to the second embodiment includes two or more compartments in which the interior of the processing chamber is separated by a partition 229 having a predetermined height, and a combustion chamber 223 provided in an integrated space above the compartment space. It may be vertical to include. In the illustrated embodiment, there are three compartments.
  • the decomposition reactor 22 includes a heat accumulator layer 221, a third catalyst layer 226 for NO x decomposition, a second catalyst layer 225 for N 2 O decomposition, and two or more partition spaces from below.
  • the reducing agent spray 224 and one or more first catalyst layers 222 for the decomposition of CFCs, HCFCs, HFCs, and PFCs are sequentially stacked.
  • each of the two or more compartments may be provided with a gas inlet and outlet and a damper device.
  • Each of the gas inlet and outlet may have one of which acts as the outlet when one serves as the gas inlet.
  • the CFCs, HCFCs, HFCs, and PFCs are decomposed in the combustion chamber through the HFCs and at least one first catalyst layer 222 for decomposition of PFCs, and are reduced by the reducing agent injection unit 224 while passing through the remaining compartments.
  • Nitrogen oxides are decomposed by the second and third catalyst beds, and then discharged into the gas inlet and outlet ports below the compartment.
  • the gas is decomposed in the decomposition reactor 22 while performing alternating opening and closing operations by the damper, and then the gas is delivered to the second wet treatment apparatus 23.
  • the first wet processing apparatus 21, the second wet processing apparatus 23, and the exhaust fan 26 may perform the same configuration and operation as those described in the first embodiment, and the description thereof is omitted here.
  • FIG. 4 is a view schematically showing a combined waste gas integrated treatment system according to a third embodiment of the present invention.
  • the circular figure in the lower part of the center of FIG. 4 schematically shows the planar cross section of the decomposition reactor 32.
  • the combined waste gas integrated treatment system according to the third embodiment includes a first wet treatment device 31, a decomposition reactor 32, and a second wet treatment device 33. At the end of the exhaust fan 36 is disposed.
  • the decomposition reactor 32 of the system according to the third embodiment has a cylindrical reactor body.
  • the decomposition reactor 32 includes twelve compartments in which the interior of the treatment chamber is separated by one or more partitions 329 of a predetermined height, and a combustion chamber 323 provided in an integrated space above the compartment space.
  • the decomposition reactor 32 includes a heat accumulator layer 321, a third catalyst layer 326 for NO x decomposition, and a second catalyst layer 325 for N 2 O decomposition from below in each compartment.
  • the reducing agent injection portion 324, and one or more first catalyst layers 322 for the decomposition of CFCs, HCFCs, HFCs, and PFCs are sequentially stacked.
  • the gas door part is disposed in the lower portion of the reactor body to rotate each compartment space alternately.
  • the heat storage layer 321, the third catalyst layer 326 for NO x decomposition, the second catalyst layer 325 for N 2 O decomposition, CFCs, HCFCs, HFCs, And CFCs, HCFCs, HFCs, and PFCs are decomposed in the combustion chamber 323 through one or more first catalyst layers 322 for decomposition of PFCs, and are reduced by the reducing agent injection unit 324 while passing through the remaining compartments.
  • the nitrogen oxides are discharged through the lower portion of the compartment to transfer gas to the second wet treatment apparatus 33.
  • the first wet processing apparatus 31, the second wet processing apparatus 33, and the exhaust fan 36 may perform the same configuration and operation as those described in the first embodiment, and the description thereof is omitted here.
  • the harmful gas is transversely oriented. Not only is it a horizontal type flowing into, but other types such as a vertical type may also be applied.
  • portions to which noxious gas or treated gas contacts are formed of alloy steel containing Ni, Cr, and Fe, or alloy steel containing Ni, Cr, Mo, and Fe. Can be.
  • Ni may be 73 to 79% by weight, Cr to 14 to 16% by weight, Fe to 4 to 11% by weight, and inevitable impurities.
  • the alloy steel comprising Ni, Cr, and Fe may be composed of 76 wt% Ni, 15 wt% Cr, 8 wt% Fe, and unavoidable impurities.
  • alloy steels containing Ni, Cr, Mo, and Fe it may be composed of 60 to 62 wt% Ni, 21 to 22 wt% Cr, 8 to 10 wt% Mo, 7 to 9 wt% Fe, and unavoidable impurities. have. In this case, it may be preferably 61 wt% Ni, 21.5 wt% Cr, 9 wt% Mo, and 8 wt% Fe.
  • alloy steel containing Ni, Cr, Mo, and Fe Ni-Cr, Mo, and Fe, with 56 to 58% by weight, Cr 15 to 17% by weight, Mo 15 to 17% by weight, Fe 5 to 6% by weight, and unavoidable impurities Can be done.
  • it may preferably consist of 57% by weight of Ni, 16% by weight of Cr, 16% by weight of Mo, 5.5% by weight of Fe, and unavoidable impurities.
  • alloy steel containing Ni, Cr, Mo, and Fe with Ni 58-60 wt%, Cr 20-21 wt%, Mo 14.0-14.5 wt%, Fe 2.2-2.4 wt%, and unavoidable impurities Can be done.
  • it may preferably consist of 59% by weight of Ni, 20.5% by weight of Cr, 14.2% by weight of Mo, 2.3% by weight of Fe, and unavoidable impurities.
  • the coating layer may be a polymer coating layer containing Xylylene or Parylene, or a composite resin coating layer containing PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (perfluoroalkoxy), FEP (fluorinated ethylene propylene copolymer) or ETFE (ethylene tetrafluoroethylene copolymer).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PFA perfluoroalkoxy
  • FEP fluorinated ethylene propylene copolymer
  • ETFE ethylene tetrafluoroethylene copolymer
  • Figure 5 is a graph showing the adsorption performance according to the type of adsorbent applicable to the system of the present invention over time.
  • Figure 6 is a graph showing the removal efficiency for each harmful component compared to the temperature in the decomposition reactor of the system of the present invention.
  • 7 is a graph showing the decomposition efficiency of N 2 O and NO versus temperature in the system of the present invention.
  • the integrated waste gas integrated treatment system of the present invention is capable of integrated treatment with a large capacity for the composite waste gas, and further shows high decomposition efficiency for each harmful component.
  • washing water injection part 112 washing water injection part 112
  • 132 filter or packing layer
  • combustion chamber 124, 224, 324 reducing agent injection unit

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Abstract

질소산화물(NOx 및 N2O), 염화불화탄소류(CFCs), 수소염화불화탄소류(HCFCs), 수소불화탄소류(HFCs) 및 과불화화합물(PFCs)을 포함하는 복합 폐가스 통합 처리 시스템이 제공된다. 이는 물에 용해되는 가스, SOx, 및 재를 포함하는 분진을 수세 및 흡착 처리하는 제1습식 처리장치와, 제1습식 처리장치에서 처리된 폐가스를 전달받아 질소산화물, 염화불화탄소류, 수소염화불화탄소류, 수소불화탄소류, 및 과불화화합물을 처리하는 분해 반응기와, 분해 반응기에서 처리된 폐가스를 전달받아 수세 및 흡착 처리하는 제2습식 처리장치를 포함한다. 이러한 시스템은 대용량의 복합 폐가스를 효율적으로 처리할 수 있다.

Description

질소산화물, 염화불화탄소류, 수소염화불화탄소류, 수소불화탄소류 및 과불화화합물을 포함하는 복합 폐가스의 통합 처리 시스템
본 발명은 복합 폐가스의 통합 처리 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질소산화물, 염화불화탄소류, 수소염화불화탄소류, 수소불화탄소류, 및 과불화화합물을 포함하는 복합 폐가스를 통합 처리하는 시스템에 관한 것이다.
질소산화물은 질소와 산소의 결합상태에 따라 여러 종류의 화합물이 존재하는데, 연료의 연소에 의해 발생하는 것은 대부분이 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2), 삼산화질소(N2O3), 오산화질소(N2O5)이며 이를 일반적으로 질소산화물(이하 NOx라고 한다)이라고 한다.
보일러 연소설비에서 배출되는 연소가스 중의 NO/NOx의 용량비는 90∼95% 정도이고, 배기가스 중의 NOx는 대부분이 일산화질소(NO)이다. 일산화질소(NO)는 무색, 무취의 기체이고 물에는 거의 녹지 않는다. NO2는 NO가 대기 중에서 산화되어 생성되고, 수분과 결합하여 질산(HNO3)으로 변화된다.
온실가스 중에서 아산화질소(N2O)는 CO2와 메탄(CH4), HFCs, PFCs, SF6 등 6개 종류의 물질을 저감하려는 목표의 온실가스로 지정되었으며, 이 외에 간접 온실가스로서 NOx, SO2 및 비메탄 휘발성 유기화합물(NMVOCs), CO 등 성분에 대해서는 온실가스 배출량 추이에 반영하도록 정하였다.
자동차, LCD, 반도체 등의 산업분야에 냉매, 발포, 세정의 목적으로 사용하는 몬트리올 의정서 상의 1차 규제물질인 염화불화탄소류(chlorofluorocarbons, R11_CFCl3 / R12_CF2Cl2), 2013년부터 규제가 시작되어 2030년에 전폐 예정으로 2차 규제물질인 수소염화불화탄소류(hydrochlorofluorocarbons, R22_CHClF2 / R123_C2HCl2F3 / R124_C2HClF4) 그리고 수소염화불화탄소(HCFCs)의 대체재로 개발된 물질로서 오존층 파괴물질은 아니지만 지구온난화 유발 잠재력이 높아 교토의정서상 온실가스로 분류된 수소불화탄소류(HFCs, R134a_CH2FCF3 / R32_CH2F2 / R125_CHF2CF3 / R152a_C2H4F2)를 사용하거나 제조하는 공정 및 작업장에서 배출되는 폐가스에도 포함된다.
과불화화합물(PFCs)은 지방족 탄화수소에서 다량의 플루오르가 치환되어 있는 화합물로서 최근 그에 대한 규제가 강화되고 있다. 이러한 과불화화합물은 지구온난화지수(global warming potential)가 이산화탄소 대비 수천~수만 배로 매우 높아 지구 온난화의 주범으로 지목 받고 있다. 또한 이러한 과불화화합물의 일부는 조리용기나 종이컵의 코팅제나 냉매로도 사용되고 있지만, 뇌, 신경, 간 독성을 유발하고 호르몬을 교란한다고 추정되고 있다.
과불화화합물은 메모리나 LCD와 같은 반도체 디바이스 생산 공정이 주 발생원이다. 이를테면, 식각공정의 에칭제(etchant) 및 화학증착공정(chemical vapor deposition process)의 반응기(chamber) 세정제로 많이 사용되면서 대량으로 배출되고 있고, 대표적으로는 CF4, CHF3, C3F6, CH2F2, C3F4, C2F6, C3F8, C4F10, C5F8, SF6, NF3 등을 들 수 있다.
이와 같은 질소산화물(NOx 및 N2O), 수소염화불화탄소류(HCFCs), 수소불화탄소(HFCs), 과불화화합물(CF4, SF6, NF3 등을 포함하는 PFCs) 등의 복합가스가 산업현장 등에서 배출되기 때문에 이를 통합 처리하는 것이 매우 중요하고 또한 필수적이라고 할 수 있다.
종래의 유해가스를 분해하는 기술은 선택적 비촉매 환원 공정(SNCR), 선택적 촉매환원 공정(SCR), 광촉매법, 시멘트 킬른(Cement Kiln), 액체주입 소각(Liquid Injection Incineration), 가스/증기 산화(Gaseous/Fume Oxidation), 반응기 분해(Reactor Cracking), 아르곤 플라즈마 아크(Argon Plsma Arc), 마이크로파 플라즈마(Microwave Plasma), 가스상 촉매 할로겐 이탈반응(Gas Phase Catalytic Dehalogenation), 초고온증기반응기(Super-heated Steam Reactor), 촉매분해(Catalytic Destruction), 약액 처리(Chemical Treatment) 그리고 축열 산화(Thermal Oxidizer) 등이 있다.
처리해야 하는 유해가스별 특성이 다르므로 위와 같은 복합가스를 통합 처리하는 기술의 적용이 어려웠을 뿐만 아니라, 그 유지비용과 처리효율 등을 감안했을 때 통합 처리하면서 90% 이상의 제거 성능을 가지는 시스템을 확보하기 어려웠다.
그 동안 특정가스(NOx, N2O, SF6, NF3, HCFCs, HFCs 등)들을 대상으로 분해 제거하는 방법과 그 장치들은 많이 소개되어 있으나, 상술한 종래의 방법들을 적용했을 경우 질소산화물을 포함해서 수소염화불화탄소류, 수소불화탄소류와 과불화화합물이 함께 포함된 유해가스의 용량이 약 5CMM(cubic meter per minute) 이상의 대용량 처리 시에는 고 에너지 비용이 소요되고, 또한 고온 연소에 따른 2차 NOx 발생이 우려되며, 그 처리효율이 낮은 문제점들이 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 감안한 것으로서, 질소산화물, 염화불화탄소류, 수소염화불화탄소류, 수소불화탄소류 및 과불화화합물을 포함하는 복합 폐가스를 통합하여 처리할 수 있는 시스템을 제공한다.
본 발명은 질소산화물(NOx 및 N2O), 염화불화탄소류(Chlorofluorocarbons, CFCs), 수소염화불화탄소류(Hydrochlorofluorocarbons, HCFCs) 수소불화탄소(Hydrofluorocarbons, HFCs), 및 과불화화합물(Perfluorocompounds, PFCs)을 포함하는 복합 폐가스 통합 처리 시스템을 제공하며, 이는: 물에 용해되는 가스, SOx, 및 재를 포함하는 분진을 수세 및 흡착 처리하는 제1습식 처리장치; 상기 제1습식 처리장치에서 처리된 폐가스를 전달받아 질소산화물(NOx 및 N2O), CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs를 처리하는 분해 반응기; 및 상기 분해 반응기에서 처리된 폐가스를 전달받아 수세 및 흡착 처리하는 제2습식 처리장치;를 포함한다.
상기 분해 반응기에 대한 하나의 실시 예는, 처리 챔버 내에 하나 이상의 축열체층, CFCs, HCFCs, HFCs 및 PFCs의 분해를 위한 하나 이상의 제1촉매층, 연소실, 환원제 분사부, 및 N2O 분해를 위한 제2촉매층 및 NOx 분해를 위한 제3촉매층이 배치된다. 이 경우, 폐가스 인입측으로 부터 제1축열체층, 제1촉매층, 연소실, 제1촉매층, 환원제 분사부, 제2촉매층, 제3촉매층, 및 축열체층이 순차로 배치된 수평형일 수 있다.
또한, 열교환 장치가 더 구비되어, 상기 제1습식 처리장치로부터 상기 분해 반응기로 전달되는 가스와, 상기 분해 반응기로부터 상기 제2습식 처리장치로 전달되는 가스 사이에 열교환을 수행할 수 있다.
상기 분해 반응기로 유입되는 폐가스를 예열하기 위한 예열기가 더 구비될 수 있다.
분해 반응기의 다른 실시예는, 상기 처리 챔버의 내부가 소정 높이의 격벽으로 분리된 2개 이상의 구획 공간과, 상기 구획 공간 상부의 통합공간에 마련되는 연소실을 포함하는 수직형일 수 있다.
이 경우의 분해 반응기는, 상기 2개 이상의 구획 공간 각각에는 아래로부터 축열체층, 제3촉매층, 제2촉매층, 환원제 분사부, 및 제1촉매층이 순차로 적층되고, 상기 2개 이상의 구획 공간 각각 마다의 하부에는 가스 유입 및 배출구가 구비될 수 있다. 상기 가스 유입 및 배출구 각각은 어느 하나가 가스 유입구로 동작할 때, 나머지 중의 하나가 배출구로 동작할 수 있다.
상기 제1 및 제2 습식 처리 장치는 내부에 2개 이상의 필터층 또는 패킹층, 상기 2개 이상의 필터층 또는 패킹층에 각각 세정수를 분사하도록 배치되는 세정수 분사부 및 2개 이상의 흡착층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 질소산화물(NOx 및 N2O), 염화불화탄소류(CFCs), 수소염화불화탄소류(HCFCs), 수소불화탄소류(HFCs), 과불화화합물(PFCs) 등의 복합 폐가스를 통합 처리하는 시스템이 제공된다. 이는 복합 폐가스의 각각의 가스들에 대하여 그 특성에 맞도록 개별 선택된 분해장치들을 이용하여 개별적으로 처리하는 대신, 통합하여 처리함으로써 매우 효율적이다. 이러한 구성은 설비의 설치에 있어서 집약적인 설계와 배치가 가능하고 대용량의 유해가스의 처리도 가능하게 된다. 이를테면, 유해가스의 유입용량이 약 5CMM(cubic meter per minute) 이상의 대용량도 통합 처리가 가능하고, 그러한 대용량 유해가스를 낮은 에너지 비용으로 처리할 수 있게 된다. 따라서, 2차 NOx발생이 없을 뿐만 아니라 약 90% 이상의 제거 성능을 가진다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합 폐가스 통합 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 제1실시예의 시스템에 포함되는 열교환기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 복합 폐가스 통합 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 복합 폐가스 통합 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 시스템에 시간대비 적용가능한 흡착제의 종류에 따른 흡착 성능을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 시스템의 분해 반응기에서 온도대비 유해성분별 제거 효율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 시스템에서 온도대비 N2O 및 NO의 분해 효율을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 복합 폐가스 통합 처리 시스템은 제1습식 처리장치(11, 21, 31), 분해 반응기(12, 22, 32), 및 제2습식 처리장치(13, 23, 33)를 포함한다. 본 발명의 복합 폐가스 통합 처리 시스템은 상술한 복합 폐가스를 통합 처리하는 시스템으로서, 아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이 제1 내지 제3실시예로 구현될 수 있다.
제1습식 처리장치(11, 21, 31)는 물에 용해되는 가스, SOx, 및 재를 포함하는 분진을 수세 및 흡착 처리한다.
분해 반응기(12, 22, 32)는 제1습식 처리장치(11, 21, 31)로부터 폐가스를 전달받아 질소산화물(NOx 및 N2O), CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs를 분해한다.
제2습식 처리장치(13, 23, 33)는 분해 반응기(12, 22, 32)에서 분해된 폐가스를 전달받아 수세 및 흡착 처리한다.
본 발명의 복합 폐가스 통합 처리 시스템에 채용되는 제1습식 처리장치(11, 21, 31), 분해 반응기(12, 22, 32), 및 제2습식 처리장치(13, 23, 33)는 각각 처리 공간 또는 처리 챔버를 가지는 장치 또는 설비로 이루어지고 이들은 서로 배관 등과 같은 가스 이송 또는 전달 수단에 의해 연결될 수 있다. 따라서, 제1습식 처리장치(11, 21, 31), 분해 반응기(12, 22, 32), 및 제2습식 처리장치(13, 23, 33)는 폐가스의 흐름 방향으로 순차 배치되어 정해진 처리 동작을 수행한다.
본 발명의 복합 폐가스 통합 처리 시스템에 채용되는 분해 반응기(12, 22, 32) 는 질소산화물(NOx 및 N2O), CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs를 처리할 수 있는 구성을 구비한다. 이를테면, 분해 반응기(12, 22, 32)는 하나 이상의 축열체층(121, 221, 321), CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs의 분해를 위한 하나 이상의 제1촉매층(122, 222, 322), 연소실(123, 223, 323), 환원제 분사부(124, 224, 324), N2O 분해를 위한 제2촉매층(125, 225, 325) 및 NOx 분해를 위한 제3촉매층(126, 226, 326)을 처리 공간 또는 처리 챔버 내에 구비함으로써 질소산화물(NOx 및 N2O), CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs를 포함하는 복합 폐가스를 통합하여 효율적으로 처리할 수 있게 된다.
이러한 분해 반응기(12, 22, 32)는 다양한 실시 예로 구현될 수 있으며, 이는 아래에서 상세하게 후술된다.
[제1실시예]
도 1은 본 발명의 복합 폐가스 통합 처리 시스템의 제1실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 복합 폐가스 통합 처리 시스템의 제1실시예는 제1습식 처리장치(11), 분해 반응기(12), 및 제2습식 처리장치(13)를 포함한다. 또한, 제1실시예의 복합 폐가스 통합 처리 시스템은 열교환장치(14)와 예열기(15)를 더 포함할 수 있다.
제1습식 처리장치(11)
제1습식 처리장치(11)는 복합 폐가스를 세정 및 흡착하는 전처리 세정흡착 장치이다. 이러한 제1습식 처리장치(11)는 그 처리 챔버 내에 물로 세정할 수 있는 2단 이상의 필터 또는 패킹층(112)과 필터 또는 패킹층(112) 각각에 물을 분사할 수 있는 세정수 분사부(111)를 포함한다. 또한 제1습식 처리장치(11)는 제1흡착층(113)과 제2흡착층(114)를 포함한다. 이러한 제1습식 처리장치(11)는 인입된 복합 폐가스가 횡방향으로 흐르는 수평형일 수 있다.
2단 이상의 필터 또는 패킹층(112)은 복합 폐가스 중에서 물에 용해되는 가스와 황(S)이 포함된 화석연료 연소과정에 의하여 생기는 SOx 및 재(Ash)를 포함한 분진을 물로 수세하는 데 이용된다. 유입가스와 세정수의 접촉을 넓히기 위한 필터 형태 또는 패킹층이며, 수평으로 흐르는 유입 복합 폐가스에 대하여 세정수 분사부(111)는 세정수가 상부에서 하부로 흘러 유입가스를 교차 수세할 수 있도록 배치되는 분사 노즐을 포함한다. 필터와 패킹층 그리고 분사 노즐 재료는 실리카 성분이 함유된 염, 중황산 암모늄, 황산암모늄, 그리고 실란과 같이 물과 접촉 후 응집성 유발 물질 등에 쉽게 달라붙지 않는 PE, PP, PTFE, PFA, ETFE 등과 같은 재질로 구성할 수 있다.
제1 및 제2흡착층(113, 114)은 유입된 복합 폐가스 중에 촉매분해 성능을 저하시킬 수 있는 할로겐화합물(HF, HCl, BCl3, CCl4 등), 산성가스 중화처리과정에서 생성되는 염, 그리고 황(S)이 포함된 화석연료 연소과정과 그 이후에 생성되는 부산물을 제거하는데 이용된다. 황(S)이 포함된 화석연료 연소과정에서 SOx가 생성되는데, 처음에는 가스모양의 이산화황(SO2) 이어서 중에서 해 극히 미세한 에어로졸 상태가 되는 삼산화황(SO3)이 되고, 더 많은 수분을 함유하면 입자상 또는 안개상태로 부유되는 황산(H2SO4) 등의 부산물이 생성된다.
제1 및 제2흡착층(113, 114)에 적용될 수 있는 흡착제 소재는 보크사이트, 활성 산화마그네슘, 제올라이트, 활성 알루미나, 활성탄소, 실리카겔, 골탄, 분자체탄소, 이온교환성 카본, MR형 이온교환수지, 활성백토 등을 포함할 수 있고, 소재들마다 그 구조적 특성에 따라서 무기화합물 등 어느 한가지 이상을 혼합하여 피흡착 물질의 특성에 맞도록 구성될 수 있다.
분해 반응기(12)
제1실시예에 채용되는 분해 반응기(12)는 수평형 반응기로서, 유입된 복합 폐가스가 횡방향으로 흐르면서 처리 공간 또는 처리 챔버 내에서 질소산화물(NOx 및 N2O), CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs이 분해 처리된다.
이러한 제1실시예의 분해 반응기(12)는 처리 챔버 내에 전단과 후단에 배치되는 축열체층(121), CFCs, HCFCs, HFCs 및 PFCs의 분해를 위한 제1촉매층(122), 연소실(123), 환원제 분사부(124), N2O 분해를 위한 제2촉매층(125) 및 NOx 분해를 위한 제3촉매층(126)이 배치된다.
축열체층(121)은 열 손실 방지의 목적으로 처리 챔버의 전단과 후단에 각각 세라믹 축열체로 배치된다.
전단의 축열체층(121) 다음으로는 CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs의 분해를 위한 제1촉매층(122)가 배치된다. 이러한 제1촉매층(122)은 제1실시예의 도면에서와 같이 연소실(123)의 전후로 배치될 수 있다.
연소실(123)은 촉매 반응기의 운전 온도(350 ~ 800℃)를 유지시켜주는 열원이 배치된다. 열원의 수단으로서는 LPG 또는 LNG와 연소용 공기로 연소가 가능한 버너, 아르곤 플라즈마 아크(Argon Plasma Arc), 유도결합 무선주파수 플라즈마(Inductively-Coupled Radio-Frequency Plasma), 질소 플라즈마 아크(Nitrogen Plasma Arc), 마이크로웨이브 플라즈마(Microwave Plasma) 등을 이용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
환원제 분사부(124)는 촉매 반응 후의 가스에 암모니아, 요소, 탄화수소 등을 분사하도록 배치된다.
환원제 분사부(124)의 다음에는 NOx 분해를 위한 제2촉매층(125)과 촉매 및 N2O 분해를 위한 제3촉매층(126)을 순차로 배치한다.
이와 같이 구성 요소들을 수평으로 배열하여 유해가스 분해과정에서 분해 반응기를 포함한 통합처리 시스템의 설비 차압(Pressure Drop)을 낮추게 된다.
바람직하게는 촉매층들, 축열체층, 연소실 등의 구성요소들을 개별 모듈로 구성하여 부분적, 개별적인 교체가 가능하도록 하거나 반응기 전체를 교체하도록 할 수 있다. 또한 상술한 촉매층들의 촉매들은 구형, 펠렛형, 중공실린더형, 하니컴형 등과 같은 형상을 가질 수 있고, 그 형상에 따라서 일체형 또는 벌크(Bulk) 방식으로 교체가 가능하도록 구성할 수 있다.
아래는 분해 반응기(12)에서의 각 성분에 대한 분해 반응식의 예를 나타낸다.
- NOx와 N2O 분해반응식
2N2O → 2N2 + O2
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O
- CFCs 분해반응식
CFCl3 + 2H2O → CO2 + 3HCl + HF
- HCFCs 분해반응식
CHClF2 + H2O + 1/2O2 → 2HF + HCl + CO2
- HFCs 분해반응식
CHF3 + H2O → CO + 3HF
- PFCs 분해반응식
CF4 + 2H2O → CO2 + 4HF
SF6 + 3H2O → SOx + 6HF
2NF3 + 3H2O → NO + NO2 + 6HF
2NF3 + 3H2O → N2O + O2 + 6HF
제2습식 처리장치(13)
제1실시예에 따른 복합 폐가스 통합 처리 시스템에 채용된 제2습식 처리장치(13)는 분해 반응기(12) 처리 이후, HF, HCl, 미반응 암모니아 등과 같은 가스, 일부 반응하지 않은 미처리 불소(F) 함유 가스, 황산암모늄염 및 중화처리 과정에서 생성될 수 있는 염들을 제거하기 위한 처리장치이다.
이러한 제2습식 처리장치(13)는 그 처리 챔버 내에 물로 세정할 수 있는 2단 이상의 필터 또는 패킹층(132)과 필터 또는 패킹층(132) 각각에 물을 분사할 수 있는 세정수 분사부(131)를 포함한다. 또한 제2습식 처리장치(13)는 제1흡착층(133)과 제2흡착층(134)를 포함한다. 이러한 제1습식 처리장치(13)는 인입된 복합 폐가스가 횡방향으로 흐르는 수평형일 수 있다.
2단 이상의 필터 또는 패킹층(132)은 복합 폐가스 중에서 또한 물에 용해되는 가스와 암모니아, 암모늄염, 및 재(Ash)를 포함한 분진을 물로 수세하는 데 이용된다. 유입가스와 세정수의 접촉을 넓히기 위한 필터 형태 또는 패킹층이며, 수평으로 흐르는 유입 복합 폐가스에 대하여 세정수 분사부(131)는 세정수가 상부에서 하부로 흘러 유입가스를 교차 수세할 수 있도록 배치되는 분사 노즐을 포함한다. 필터와 패킹층 그리고 분사 노즐 재료는 실리카 성분이 함유된 염, 중황산 암모늄, 황산암모늄, 그리고 실란과 같이 물과 접촉 후 응집성 유발 물질 등에 쉽게 달라붙지 않는 PE, PP, PTFE, PFA, ETFE 등과 같은 재질로 구성할 수 있다.
제3 및 제4흡착층(133, 134)은 일부 미처리 가스(CF4, CHF3, C3F6, CH2F2, C3F4, C2F6, C3F8, C4F10, C5F8, SF6, NF3, CHClF2 등)들 중 어느 하나 이상의 가스들을 추가 흡착할 수 있는 성능을 가진 흡착제를 포함한다.
제3 및 제4흡착층(133, 134)에 적용될 수 있는 흡착제 소재는 보크사이트, 활성 산화마그네슘, 제올라이트, 활성 알루미나, 활성탄소, 실리카겔, 골탄, 분자체탄소, 이온교환성 카본, MR형 이온교환수지, 활성백토 등을 포함할 수 있고, 소재들마다 그 구조적 특성에 따라서 무기화합물 등 어느 한가지 이상을 혼합하여 피흡착 물질의 특성에 맞도록 구성될 수 있다.
열교환장치(14)
제1실시예에 채용되는 열교환장치(14)는 제1습식 처리장치(11)로부터의 가스와 분해 반응기(12)로부터의 가스 간에 열교환이 이루어지도록 한다. 열교환장치(14)는 제1습식 처리장치(11)의 배출측에서 분해 반응기(12)의 입구측으로 연결되는 배관과, 분해 반응기(12)의 배출측에서 제2습식 처리장치(13)의 입구측으로 연결되는 배관을 교차하도록 배치하고, 그 교차지점에 열교환장치(14)를 배치하는 예가 적용될 수 있다.
이러한 열교환장치(14)는 수평형 분해 반응기인 제1실시예에서 바람직하게 적용될 수 있으며, 분해 반응 후 배출되는 가스의 열을 이용하여 분해 반응을 위해 제1습식 처리장치(11)로부터 분해 반응기(12)로 유입되는 가스를 예열함과 동시에 분해 반응기(12)로부터 배출되어 제2습식 처리장치(13)로 유입되는 가스를 냉각시키게 된다.
열교환장치(14)에 대한 하나의 예가 도 2에 보여진다. 도시한 예에서와 같이 열교환장치(14)는 분해 반응기(12)로부터의 가스를 횡방향으로 흐르도록 하고, 제1습식 처리장치(11)로부터의 가스를 종방향으로 흐르도록 하여 서로 교차시키는 방식을 채택할 수 있다. 횡방향의 가스 흐름과 종방향의 가스 흐름이 서로 교번적으로 배치되는 슬롯 통로를 형성하여 구현할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
예열기(15)
제1실시예에 따른 복합 폐가스 통합 처리 시스템에 채용된 수평형 분해 반응기(12)의 경우에는 초기 가동 시에 분해 반응기(12)가 상온 상태인 것을 감안하여 분해 반응기로 투입되는 폐가스를 예열하는 예열기가 더 포함될 수 있다. 이러한 예열기(15)는 분해 반응기(12)의 운전 온도에 도달하는 시간을 단축시킬 수 있다. 일단 초기 가동이 이루어지고 나면, 예열기(15)는 동작을 하지 않고, 상술한 열교환장치(14)와 분해 반응기(12) 내부의 축열체층(121)의 온도로 운전 온도가 유지될 수 있다.
예열기(15)의 열원으로는 LPG 또는 LNG와 연소용 공기로 연소가 가능한 버너, 아르곤 플라즈마 아크(Argon Plasma Arc), 유도결합 무선주파수 플라즈마(Inductively-Coupled Radio-Frequency Plasma). 질소 플라즈마 아크(Nitrogen Plasma Arc), 마이크로웨이브 플라즈마(Microwave Plasma) 등을 이용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
배풍기(16)
제2습식 처리장치(13)에서 처리된 폐가스를 대기 중으로 배출하기 위한 배풍기(16)가 더 포함될 수 있다. 통합 처리 시스템의 전, 후단 설비의 차압(Pressure Drop)에 따라 풍량을 제어 할 수 있도록 제어 로직이 구성된 배풍기가 제공된다.
[제2실시예]
도 3은 본 발명의 복합 폐가스 통합 처리 시스템에 대한 제2실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 복합 폐가스 통합 처리 시스템의 제2실시예는 제1습식 처리장치(21), 분해 반응기(22), 및 제2습식 처리장치(23)를 포함한다. 최후단에는 배풍기(26)가 배치된다.
제2실시예의 분해 반응기(22)는 상술한 제1실시예의 분해 반응기(12)와는 다른 예이며, 제1습식 처리장치(21)와 제2습식 처리장치(23)는 제1실시예의 것과 동일하거나 유사한 장치와 배치가 적용될 수 있다. 따라서 여기에서는 분해 반응기(22)에 대해서 중점적으로 설명한다.
분해 반응기(22)
제2실시예에 따른 시스템의 분해 반응기(22)는 처리 챔버의 내부가 소정 높이의 격벽(229)으로 분리된 2개 이상의 구획 공간과, 구획 공간 상부의 통합공간에 마련되는 연소실(223)을 포함하는 수직형일 수 있다. 도시한 실시예에서는 구획 공간이 3개인 형태이다.
이 경우의 분해 반응기(22)는, 2개 이상의 구획 공간 각각에는 아래로부터 축열체층(221), NOx 분해를 위한 제3촉매층(226), N2O 분해를 위한 제2촉매층(225), 환원제 분사부(224), 및 CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs의 분해를 위한 하나 이상의 제1촉매층(222)이 순차로 적층된다.
2개 이상의 구획 공간 각각 마다의 하부에는 가스 유입 및 배출구, 그리고 댐퍼 장치가 구비될 수 있다. 가스 유입 및 배출구 각각은 어느 하나가 가스 유입구로 동작할 때, 나머지 중의 하나가 배출구로 동작할 수 있다.
따라서, 어느 하나의 가스 유입 및 배출구로 복합 폐가스가 유입되면 축열체층(221), NOx 분해를 위한 제3촉매층(226), N2O 분해를 위한 제2촉매층(225), CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs의 분해를 위한 하나 이상의 제1촉매층(222)를 통과하여 연소실에서 CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs가 분해되고, 나머지 구획공간을 통과하면서 환원제 분사부(224)에 의해 환원되며 제2 및 제3촉매층에 의해 질소산화물이 분해된 후, 해당 구획공간 하부에 있는 가스 유입 및 배출구로 배출된다. 이와 같은 댐퍼에 의해 교번적인 개폐 동작을 수행하면서 분해 반응기(22)에서 가스가 분해된 후 제2습식 처리장치(23)로 가스를 전달한다.
제1습식 처리장치(21), 제2습식 처리장치(23), 및 배풍기(26)는 제1실시예에서 설명된 것과 동일한 구성과 동작을 수행할 수 있으며, 여기서는 그 설명을 생략한다.
[제3실시예]
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 복합 폐가스 통합 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 참고적으로 도 4의 중앙 아래 부위의 원형의 그림은 분해 반응기(32)의 평단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
제3실시예에 따른 복합 폐가스 통합 처리 시스템은 제1습식 처리장치(31), 분해 반응기(32), 및 제2습식 처리장치(33)를 포함한다. 최후단에는 배풍기(36)이 배치된다.
제3실시예에 따른 시스템의 분해 반응기(32)는 원통형의 반응기 몸체를 가진다. 이러한 분해 반응기(32)는 처리 챔버의 내부가 소정 높이의 하나 또는 그 이상의 격벽(329)으로 분리된 12개의 구획 공간과, 구획 공간 상부의 통합공간에 마련되는 연소실(323)을 포함한다.
제3실시예에 따른 분해 반응기(32)는, 각 구획 공간 각각에 아래로부터 축열체층(321), NOx 분해를 위한 제3촉매층(326), N2O 분해를 위한 제2촉매층(325), 환원제 분사부(324), 및 CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs의 분해를 위한 하나 이상의 제1촉매층(322)이 순차로 적층된다.
반응기 몸체의 하부에는 가스 도어부가 배치되어 회전하면서 각 구획공간을 교번적으로 개폐한다.
따라서, 어느 하나의 구획공간으로 복합 폐가스가 유입되면 축열체층(321), NOx 분해를 위한 제3촉매층(326), N2O 분해를 위한 제2촉매층(325), CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs의 분해를 위한 하나 이상의 제1촉매층(322)를 통과하여 연소실(323) 에서 CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs가 분해되고, 나머지 구획공간을 통과하면서 환원제 분사부(324)에 의해 환원되며 제2 및 제3촉매층에 의해 질소산화물이 분해된 후, 해당 구획공간 하부를 통해 배출되어 제2습식 처리장치(33)로 가스를 전달한다.
제1습식 처리장치(31), 제2습식 처리장치(33) 및 배풍기(36)는 제1실시예에서 설명된 것과 동일한 구성과 동작을 수행할 수 있으며, 여기서는 그 설명을 생략한다.
또한, 본 발명의 복합 폐가스 통합 처리 시스템은 제1습식 처리장치(11, 21, 31)와 제2습식 처리장치(13, 23, 33)에 대하여 도시한 실시예에서와 같이 유해 가스가 횡방향으로 흐르는 수평형에만 한정되지 않고, 수직형과 같은 다른 유형도 적용될 수 있다.
제1 내지 제3실시예의 구성요소들 중에서 유해가스 또는 처리된 가스가 접촉하는 부위들은 공히 Ni, Cr, 및 Fe을 포함하는 합금강, 또는 Ni, Cr, Mo, 및 Fe을 포함하는 합금강으로 형성될 수 있다.
Ni, Cr, 및 Fe를 포함하는 합금강의 경우에는, Ni은 73 내지 79중량%, Cr은 14 내지 16중량%, Fe는 4 내지 11중량%, 및 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 Ni, Cr, 및 Fe를 포함하는 합금강은 Ni 76중량%, Cr 15중량%, Fe 8중량%, 및 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
Ni, Cr, Mo, 및 Fe을 포함하는 합금강의 경우에는, Ni 60 내지 62 중량%, Cr 21 내지 22 중량%, Mo 8 내지 10 중량%, Fe 7 내지 9 중량%, 및 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다. 이 경우 바람직하게는 Ni 61 중량%, Cr 21.5 중량%, Mo 9 중량%, 및 Fe 8 중량%일 수 있다.
또한, Ni, Cr, Mo, 및 Fe을 포함하는 합금강의 경우에는, Ni 56 내지 58 중량%, Cr 15 내지 17 중량%, Mo 15 내지 17 중량%, Fe 5 내지 6 중량%, 및 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다. 이 경우 바람직하게는 Ni 57 중량%, Cr 16 중량%, Mo 16 중량%, Fe 5.5 중량%, 및 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
또한, Ni, Cr, Mo, 및 Fe을 포함하는 합금강의 경우에는, Ni 58 내지 60 중량%, Cr 20 내지 21 중량%, Mo 14.0 내지 14.5 중량%, Fe 2.2 내지 2.4 중량%, 및 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다. 이 경우 바람직하게는 Ni 59 중량%, Cr 20.5 중량%, Mo 14.2 중량%, Fe 2.3 중량%, 및 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게는 적어도 유해가스 또는 처리된 가스가 접촉되는 부위의 금속 표면에는 내열 또는 내화학성을 가지는 코팅층이 구비될 수 있다. 여기서, 코팅층은 Xylylene 또는 Parylene을 함유한 폴리머 코팅층, 또는 PTFE(polytetrafluoroethylene), PFA(perfluoroalkoxy), FEP(fluorinated ethylene propylene copolymer) 또는 ETFE(ethylene tetrafluoroethylene copolymer)을 함유한 복합수지 코팅층 일 수 있다.
도 5는 본 발명의 시스템에 시간대비 적용가능한 흡착제의 종류에 따른 흡착 성능을 나타내는 그래프이다. 도 6은 본 발명의 시스템의 분해 반응기에서 온도대비 유해성분별 제거 효율을 나타내는 그래프이다. 도 7은 본 발명의 시스템에서 온도대비 N2O 및 NO의 분해 효율을 나타내는 그래프이다.
이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 복합 폐가스 통합 처리 시스템은 복합 폐가스에 대하여 대용량으로 통합 처리가 가능하고, 나아가 각각의 유해 성분에 대하여도 높은 분해 효율을 나타낸다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
[부호의 설명]
11, 21, 31: 제1습식 처리장치 12, 22, 32: 분해 반응기
13, 23, 33: 제2습식 처리장치 14: 열교환장치
15: 예열기 16, 26, 36: 배풍기
111, 131: 세정수 분사부 112, 132: 필터 또는 패킹층
113, 133: 제1흡착층 114, 134: 제2흡착층
121, 221, 321: 축열체층 122, 222, 322: 제1촉매층
123, 223, 323: 연소실 124, 224, 324: 환원제 분사부
125, 225, 325: 제2촉매층 126, 226, 326: 제3촉매층
229, 329: 격벽

Claims (9)

  1. 질소산화물(NOx 및 N2O), 염화불화탄소류(Chlorofluorocarbons, CFCs), 수소염화불화탄소류(Hydrochlorofluorocarbons, HCFCs), 수소불화탄소(Hydrofluorocarbons, HFCs), 및 과불화화합물(Perfluorocompounds, PFCs) 을 포함하는 복합 폐가스의 통합 처리 시스템으로서:
    물에 용해되는 가스, SOx, 및 재를 포함하는 분진을 수세 및 흡착 처리하는 제1습식 처리장치;
    상기 제1습식 처리장치에서 처리된 폐가스를 전달받아 질소산화물(NOx 및 N2O), 염화불화탄소류(CFCs), 수소염화불화탄소류(HCFCs), 수소불화탄소(HFCs), 및 과불화화합물(PFCs)를 처리하는 분해 반응기; 및
    상기 분해 반응기에서 처리된 폐가스를 전달받아 수세 및 흡착 처리하는 제2습식 처리장치;를 포함하는 복합 폐가스 통합 처리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분해 반응기는 처리 챔버 내에 하나 이상의 축열체층, CFCs, HCFCs, HFCs, 및 PFCs 의 분해를 위한 하나 이상의 제1촉매층, 연소실, 환원제 분사부, 및 N2O 분해를 위한 제2촉매층 및 NOx 분해를 위한 제3촉매층이 배치된 것인, 복합 폐가스 통합 처리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 분해 반응기는,
    폐가스 인입측으로부터 제1축열체층, 제1촉매층, 연소실, 제1촉매층, 환원제 분사부, 제2촉매층, 제3촉매층, 및 축열체층이 순차로 배치된 수평형인 것인, 복합 폐가스 통합 처리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    열교환장치가 더 구비되어,
    상기 상기 제1습식 처리장치로부터 상기 분해 반응기로 전달되는 가스와,
    상기 분해 반응기로부터 상기 제2습식 처리장치로 전달되는 가스 사이에 열교환을 수행하는 것인, 복합 폐가스 통합 처리 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 분해 반응기로 유입되는 폐가스를 예열하기 위한 예열기가 더 구비되는 것인, 복합 폐가스 통합 처리 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 분해 반응기는,
    상기 처리 챔버의 내부가 소정 높이의 격벽으로 분리된 2개 이상의 구획 공간과, 상기 구획 공간 상부의 통합공간에 마련되는 연소실을 포함하는 수직형인 것인, 복합 폐가스 통합 처리 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 분해 반응기는,
    상기 2개 이상의 구획 공간 각각에는 아래로부터 축열체층, 제3촉매층, 제2촉매층, 환원제 분사부, 및 제1촉매층이 순차로 적층되고,
    상기 2개 이상의 구획 공간 각각 마다의 하부에는 가스 유입 및 배출구가 구비되는 것인, 복합 폐가스 통합 처리 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 가스 유입 및 배출구 각각은 어느 하나가 가스 유입구로 동작할 때, 나머지 중의 하나가 배출구로 동작하는 것인, 복합 폐가스 통합 처리 시스템.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제1 및 제2 습식 처리 장치는 내부에 2개 이상의 필터층 또는 패킹층, 상기 2개 이상의 필터층 또는 패킹층에 각각 세정수를 분사하도록 배치되는 세정수 분사부 및 2개 이상의 흡착층을 포함하는 것인, 복합 폐가스 통합 처리 시스템.
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