WO2024096568A1 - 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템 - Google Patents

고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템 Download PDF

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WO2024096568A1
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coal
solid
pretreatment desulfurization
solid pretreatment
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이철
노창래
최홍기
한신
안왕희
오장택
박아람
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(주)로우카본
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Definitions

  • the present invention relates to an automatic injection system for a solid pretreatment desulfurization catalyst. More specifically, the weight of the desulfurization catalyst is minimized and manufactured by impregnating and drying the liquid pretreatment desulfurization catalyst on a support having pores and solidifying it.
  • This relates to an automatic solid pretreatment desulfurization catalyst injection system for automatically injecting a fixed amount of solid pretreatment desulfurization catalyst with simplified process equipment and improved storage stability and logistics costs into the coal supply of a thermal power plant.
  • Sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx) are pointed out as pollutants causing air pollution.
  • sulfur oxides are contained in industrial exhaust gases emitted from the combustion of fossil fuels containing sulfur, causing acid rain. It is causing various problems such as environmental pollution.
  • Desulfurization methods for removing sulfur oxides from industrial exhaust gases have been continuously studied, and factories or power plants using fossil fuels have generally used flue gas desulfurization, a post-combustion treatment method.
  • the flue gas desulfurization method refers to burning fossil fuel containing sulfur gas and then desulfurizing the flue gas.
  • This flue gas desulfurization method can be divided into a wet method and a dry method.
  • the wet method is to remove sulfur oxides by washing the exhaust gas with ammonia water, sodium hydroxide solution, lime milk, etc.
  • the dry method is to remove sulfur oxides by contacting the exhaust gas with particles or powder such as activated carbon or carbonate to adsorb or react with sulfur dioxide. This is how to do it.
  • Patent Registration No. 1864999 hereinafter referred to as the ‘previous patent’
  • a liquid pretreatment desulfurization catalyst a method of manufacturing a desulfurization catalyst, and a desulfurization method using a desulfurization catalyst that are simple and easy to apply when burning fossil fuels and have excellent desulfurization effects are disclosed.
  • the conventional liquid pretreatment desulfurization catalyst is manufactured in a liquid state by mixing liquid raw materials and water, so the manufacturing process equipment is complicated, storage safety is not good due to the characteristics of liquid chemical substances, and tank trucks are equipped with special containers in liquid form. Because it had to be transported using a vehicle, there was a problem of increased logistics and storage costs.
  • the conventional liquid pretreatment desulfurization catalyst had the problem of increasing the cost burden on manufacturing process equipment as it required separate equipment for injection when mixed with combustion products such as coal or oil for pretreatment.
  • the present invention was developed to solve the above problems.
  • the liquid pretreatment desulfurization catalyst By impregnating and drying the liquid pretreatment desulfurization catalyst on a support having pores and drying it to solidify it, the weight of the desulfurization catalyst is minimized and the manufacturing process equipment is simplified.
  • the purpose is to provide an automatic injection system for a solid pretreatment desulfurization catalyst for automatically injecting a fixed amount of a solid pretreatment desulfurization catalyst with improved storage stability and logistics costs into the coal supply of a thermal power plant.
  • the automatic injection system of the catalyst for solid pretreatment desulfurization of the present invention to achieve the above object is a main silo ( silo); It is located below the main silo and receives coal from each outlet at the bottom of the main silo, and is placed above the coal feed conveyor of the thermal power plant, and drops a solid pretreatment desulfurization catalyst on top of the coal transported through the coal feed conveyor.
  • a plurality of metering silos for injecting the solid pretreatment desulfurization catalyst into the transported coal; And sensing the input amount of coal transported through the coal feed conveyor, and controlling the opening and closing of the outlet of the metering silo in conjunction with the sensed amount of coal input, so that the solid pretreatment desulfurization catalyst falls at a certain rate in proportion to the input amount of coal. It is configured to include a sensing control unit that controls the input.
  • a vertical transport means for vertically transporting the solid pretreatment desulfurization catalyst from the ground to the upper inlet of the main silo is further provided on one side of the main silo.
  • the vertical transport means is a bucket elevator or a hoist device.
  • a horizontal transport means for horizontally transporting the catalyst for solid pretreatment desulfurization is provided between the outlet of the main silo and the inlet of the metering silo, or between the outlet of the metering silo and the feed conveyor. It is provided.
  • the horizontal transport means is a screw feeder or a belt conveyor.
  • the outer surface adjacent to the outlet of the main silo is further provided with at least one vibrator that adds vibration to prevent the solid pretreatment desulfurization catalyst discharged through the outlet of the main silo from stagnating. do.
  • a rotary valve for controlling the discharge of the catalyst for solid pretreatment desulfurization is further provided at the outlet of the main silo or metering silo.
  • the sensing control unit includes: a load cell provided at the bottom of the coal feed conveyor to measure the instantaneous weight of the transported coal; and a motion detector provided above the coal feed conveyor to measure the transfer speed of the coal supplied.
  • the metering silo injects a catalyst for solid pretreatment desulfurization into the coal feed at a rate of 0.1 to 0.5 wt% per hour relative to the weight of the feed coal transported on the feed conveyor.
  • the solid pretreatment desulfurization catalyst includes the steps of (a) preparing a liquid pretreatment desulfurization catalyst; (b) pulverizing the carrier having a porous structure to a certain size; (c) impregnating the carrier pulverized to a certain size in step (b) into the liquid pretreatment desulfurization catalyst prepared in step (a) for 10 to 60 minutes; (d) putting the support into a dryer with the liquid pretreatment desulfurization catalyst having penetrated into the pores of the support by impregnation in step (c) and then drying the support at a temperature of 100° C. or higher for a certain period of time; It is manufactured including.
  • step (e) pulverizing the dried support into powder with the liquid pretreatment desulfurization catalyst permeating the pores of the support; .
  • step (f) the solid content prepared into powder through step (e) is used as a catalyst for solid pretreatment desulfurization, or the solid content is put into an extruder to form pellets. It further includes manufacturing a tablet, or introducing the solid content into a tablet press.
  • the automatic injection system for the solid pretreatment desulfurization catalyst of the present invention is automatically and quantitatively added to the coal supply of a thermal power plant as a pretreatment, and then adsorbs to ash generated from combustion particles during the combustion process to activate porosity and reduce ash.
  • SOx sulfur oxides
  • the solid pretreatment desulfurization catalyst is mixed at a certain ratio in relation to the weight of the fed coal at the upper part of the conveyor, so it is not only much simpler and easier to input than the conventional liquid desulfurization catalyst, but also is used for liquid desulfurization. It can be easily applied to various combustion facilities as the catalyst does not flow, so it has the effect of efficiently reducing sulfur oxide (SOx) emissions caused by combustion of fossil fuels before exhaust gas is discharged.
  • SOx sulfur oxide
  • the desulfurization system according to the present invention can reduce sulfur oxides economically, inexpensively, quickly and easily by mixing combustion products with a solid pretreatment desulfurization catalyst and burning them, without constructing a separate desulfurization treatment facility for exhaust gas generated after combustion of combustion products. There is an economic effect.
  • 1 is a flow chart explaining the manufacturing method of the catalyst for solid pretreatment desulfurization applied to the present invention.
  • FIG. 2 is an illustration showing the overall configuration of the automatic injection system for the catalyst for solid pretreatment desulfurization of the present invention.
  • Figure 3 is a plan view of Figure 2
  • Figure 1 is a flow chart explaining the manufacturing method of the catalyst for solid pretreatment desulfurization of the present invention.
  • the catalyst for liquid pretreatment desulfurization according to the present invention can be manufactured according to the following detailed steps according to an embodiment.
  • Step (a-1) Mix and finely powder at least one oxide powder selected from the group consisting of SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O and P2O3.
  • Step (a-2) Mix and finely powder one or more metal powders selected from the group consisting of Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd, and Pb.
  • Step (a-3) The oxide of step (a-1) and the metal of step (a-2) are mixed with sodium tetraborate (Na2B4O7.10H2O), sodium hydroxide (NaOH), sodium silicate (Na2SiO3), and A catalyst for desulfurization is formed by mixing with at least one liquid composition selected from the group consisting of hydrogen peroxide (H2O2).
  • Na2B4O7.10H2O sodium hydroxide
  • Na2SiO3 sodium silicate
  • a catalyst for desulfurization is formed by mixing with at least one liquid composition selected from the group consisting of hydrogen peroxide (H2O2).
  • the step (a-1) is a step of mixing one or more oxide powders selected from the group consisting of SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O and P2O3 and pulverizing them through a pulverizer.
  • the oxide powder contains 15 to 90 parts by weight of SiO2, 15 to 100 parts by weight of Al2O3, 10 to 50 parts by weight of Fe2O3, 5 to 15 parts by weight of TiO2, 20 to 150 parts by weight of MgO, 10 to 20 parts by weight of MnO, and 20 parts by weight of CaO. It may include ⁇ 200 parts by weight, 15-45 parts by weight of Na2O, 20-50 parts by weight of K2O, and 5-20 parts by weight of P2O3.
  • the oxide powder finely divided in this step may be repeatedly finely divided to have a particle size of 1 to 2 ⁇ m.
  • the step (a-2) is a step of mixing one or more metal powders selected from the group consisting of Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd, and Pb and pulverizing them through a pulverizer.
  • the metal powder contains 0.0035 to 0.009 parts by weight of Li, 0.005 to 0.01 parts by weight of Cr, 0.001 to 0.005 parts by weight, Ni 0.006 to 0.015 parts by weight, 0.018 to 0.03 parts by weight of Cu, 0.035 to 0.05 parts by weight of Zn, and 0.04 parts by weight of Ga. It may include ⁇ 0.08 parts by weight, Sr 0.02 ⁇ 0.05 parts by weight, Cd 0.002 ⁇ 0.01 parts by weight, and Pb 0.003 ⁇ 0.005 parts by weight.
  • the metal powder finely divided in this step may be repeatedly finely divided to have a particle size of 1 to 2 ⁇ m.
  • step (a-3) the oxide powder and metal powder mixed and finely divided in step (a-1) and step (a-2) are mixed with sodium tetraborate (Na2B4O7.10H2O), sodium hydroxide (NaOH), It is mixed with at least one liquid composition selected from the group consisting of sodium silicate (Na2SiO3) and hydrogen peroxide (H2O2) to form a catalyst for liquid pretreatment desulfurization.
  • the liquid composition contains 20 to 130 parts by weight of sodium tetraborate (Na2B4O7.10H2O), 15 to 120 parts by weight of sodium hydroxide (NaOH), 50 to 250 parts by weight of sodium silicate (Na2SiO3), and 10 to 50 parts by weight of hydrogen peroxide (H2O2). It may be included as a part.
  • the oxide powder and liquid composition act as a chelating agent to combine with the metal powder. It can be chelated to form a metal chelate compound.
  • liquid pretreatment desulfurization catalyst formed in this step is stabilized by precipitation for 24 to 72 hours, and the precipitated desulfurization catalyst can be separated and naturally dried to be used as a powder catalyst for desulfurization in powder form.
  • the liquid composition remaining after separation can be used as a catalyst for liquid pretreatment desulfurization of the present invention.
  • the precipitated precipitate of the liquid desulfurization catalyst was naturally dried and named powder catalyst for desulfurization (GTS-P), and the liquid composition from which the precipitated powder composition was separated was moved to a separate container and the liquid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-P). It is named GTS).
  • the powder catalyst for desulfurization can be solidified by naturally drying the precipitate of the liquid pretreatment desulfurization catalyst (GTS) as described above.
  • GTS liquid pretreatment desulfurization catalyst
  • GTS-P has high viscosity
  • the drying speed is very slow, but also difficulties arise in internal drying due to solidification of the epidermal part. Accordingly, when the drying temperature is increased to dry GTS in an aqueous solution state, the solubility in moisture is high and it exists in a high viscosity liquid state, which causes complexity in manufacturing.
  • liquid pretreatment desulfurization catalyst (GTS) one of the main materials of the present invention, is manufactured and prepared through the above-described steps (a-1) to (a-3).
  • the carrier used porous materials such as expanded vermiculite, pearlite, diatomaceous earth, activated carbon, etc.
  • the carrier used had an apparent specific gravity of 0.1 to 0.5, an absorption rate of 60 to 300 cc/100g, and a particle size of 10 to 2,000 ⁇ m.
  • the carrier is preferably a material with a porous structure. Numerous pores within the carrier have moisture-retaining ability and can properly contain desulfurizing components in a solid phase. In addition, it has breathability, so it produces sodium sulfate (Na2SO4) through reaction with sulfur oxides, and has particularly insulating properties, preventing decomposition reactions in high temperature areas. Normally, above 1200°C, sodium sulfate decomposes into sulfur oxides and is discharged into the exhaust gas, which may cause desulfurization performance to deteriorate.
  • Na2SO4 sodium sulfate
  • the strong alkaline desulfurization component is present in the porous material, acting as a three-dimensional barrier that can minimize the adhesion of strong alkali components to the inner wall of the combustion furnace, thereby avoiding high-temperature corrosion due to alkali adhesion to the inner wall of the combustion furnace.
  • expanded vermiculite which has a plate-like structure, has a faster moisture absorption rate, which is advantageous for solid-liquid impregnation.
  • the mass ratio of the liquid pretreatment desulfurization catalyst (GTS) and the vermiculite carrier may be mixed in the range of 5:1 to 20:1, and more preferably, the mass ratio is 10:1.
  • the vermiculite support is impregnated with the liquid pretreatment desulfurization catalyst (GTS) for at least 1 hour so that the liquid pretreatment desulfurization catalyst can be sufficiently impregnated between the pores of the vermiculite support.
  • GTS liquid pretreatment desulfurization catalyst
  • S400
  • step (d) may consist of the following detailed steps according to one embodiment.
  • Step (d-1) After the carrier impregnated with the liquid pretreatment desulfurization catalyst is put into a dryer, the temperature inside the dryer is raised from room temperature to 130° C. and then primary dried for 2 hours.
  • Step (d-2) The carrier initially dried in step (d-1) is heated to 230°C and dried for a second time for 2 to 3 hours.
  • drying is carried out in multiple stages for a sufficient drying time through primary drying, which involves raising the temperature from room temperature to 130°C and then drying, and secondary drying, which involves raising the temperature from 130°C to 230°C and then drying, so that the heat does not reach the inside of the porous structure. It was confirmed that even penetration occurred and even drying was achieved. In addition, in the drying experiment described later, it was confirmed that the water content of the support into which the liquid pretreatment desulfurization catalyst had penetrated reached less than 5% in the result of the secondary drying.
  • step (d-2) instead of going through the first and second drying processes of steps (d-1) and (d-2) step by step as in the above-described embodiment, only the second drying of step (d-2) is performed at 160 degrees Celsius. It is possible to reach a moisture content of less than 5% even after performing the procedure for several minutes.
  • the carrier is dried while rolling in a drum-type drying tank, so the drying time can be further shortened, and the solid according to the present invention
  • Solids can be pulverized to a particle size of 10 mesh (1.9 mm) or less through a pulverizer, but can be pulverized to an appropriate size depending on the type of combustion product and mixing method. Therefore, the solid prepared in powder form as described above can be directly used as the solid pretreatment desulfurization catalyst (first form) of the present invention.
  • the solid pretreatment desulfurization catalyst of the present invention (hereinafter, (referred to as 'GTS-S') is finally manufactured.
  • dry products made into powder can be shipped as GTS-S products, processed into pellets using an extruder, or the solid content is pulverized to a particle size of 10 mesh (1.9 mm) or less through a grinder and then used a tablet press.
  • various forms of GTS-S products can be manufactured, such as by processing them into tablets.
  • the size of the pellets or tablets manufactured as above may be 2 mm to 50 mm in diameter, and the length may be within 1 compared to the diameter (L/D).
  • the desulfurization method using a solid pretreatment desulfurization catalyst applied to the present invention adsorbs and removes sulfur oxides by pretreatment in the combustion process by premixing the solid pretreatment desulfurization catalyst prepared as described above with the combustion product and then burning it. It is characterized by
  • the mixing ratio of the solid pretreatment desulfurization catalyst mixed with the combustion product may be adjusted according to the content ratio of C, H, N, and S contained in the combustion product.
  • the combustion product is Vietnamese Uong Bi 3 coal
  • the sulfur content is high, so it is necessary to increase the input amount of the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) applied in the present invention and mix it more than ordinary coal.
  • Figure 2 is an exemplary diagram showing the overall configuration of the automatic injection system for the catalyst for solid pretreatment desulfurization of the present invention
  • Figure 3 is a plan view of Figure 2.
  • the automatic injection system 1000 of the catalyst for solid pretreatment desulfurization of the present invention is formed with a plurality of lower discharge ports and receives the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) from the open upper inlet.
  • GTS-S solid pretreatment desulfurization catalyst
  • a silo (1300) is provided.
  • two outlets at the bottom of the main silo 1300 are shown, but more may be formed.
  • the lower part of the main silo 1300 has a hopper shape, but according to one embodiment, in FIGS. 2 and 3, it may be implemented in the form of a twin hopper with two (a pair) lower discharge ports. .
  • a metering silo (1400) is provided below the main silo (1300).
  • the metering silo may be provided in plural.
  • there are two metering silos 1410 that is, a first metering silo 1410 and a second metering silo 1420, depending on the number of outlets of the main silo 1300. It can be provided.
  • Each of the first and second metering silos (1410) (1420) receives coal from each outlet at the bottom of the main silo (1300), and first and second coal supply conveyors ( They are placed above 100)(200), respectively.
  • a solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) is placed on top of the coal transported on the first and second coal feed conveyors (100) (200) through the outlets of the first and second metering silos (1410) (1420). ) are respectively dropped to add the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) to the transported coal at a certain ratio.
  • first and second coal supply conveyors 100 and 200 are equipped with a sensing control unit that controls the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) to be dropped and input at a certain rate in proportion to the amount of coal input.
  • GTS-S solid pretreatment desulfurization catalyst
  • the sensing control unit is a load cell (not shown) provided at the bottom of the first and second coal feed conveyors 100 and 200, respectively, to measure the instantaneous weight of the coal fed to the boiler of the thermal power plant. ); and motion detectors 1610 and 1620 that are provided above the first and second coal feed conveyors 100 and 200 and measure the transfer speed of the fed coal.
  • the load cell senses the instantaneous weight of coal transported through the first and second coal feed conveyors 100 and 200, and detects the instantaneous weight of the coal through the motion detectors 1610 and 1620.
  • the hourly transport speeds of the first and second feed conveyors 100 and 200 are respectively measured.
  • the instantaneous weight of the coal feed obtained in this way can be multiplied by the hourly transfer speed of the coal feed conveyor to calculate the hourly input amount of coal.
  • the input amount of the solid pretreatment desulfurization catalyst can be controlled by controlling the opening and closing of the outlets of the first and second metering silos 1410 and 1420, respectively, in conjunction with the input amount of coal calculated as above. there is.
  • a vertical transport means is provided on one side of the main silo 1300 to vertically transport the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) from the ground to the upper inlet of the main silo 1300.
  • GTS-S solid pretreatment desulfurization catalyst
  • the vertical transport means may be one of a bucket elevator (1200) or a hoist device.
  • the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) can be vertically transported from the ground to the upper inlet of the main silo 1300 using the bucket elevator 1200.
  • the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) can be transported to the bucket elevator 1200 by a truck, etc. in a ton bag, and the operator can use a separate crane 1100 to place the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) in a ton bag.
  • the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) can be transferred to a bucket of the bucket elevator 1200.
  • a horizontal transfer means 1800 for horizontally transporting the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) is provided at least at one location between the second coal feed conveyors 100 and 200.
  • the horizontal transport means 1800 may be one of a screw feeder or a belt conveyor. Accordingly, using the horizontal transfer means 1800, the outlet of the main silo 1300 and the first and second metering silos 1410 ( 1420), or between each outlet of the first and second metering silos 1410 and 1420 and the first and second feed conveyors 100 and 200, a solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) ) supply channels can be connected horizontally.
  • GTS-S solid pretreatment desulfurization catalyst
  • the vibrator 1700 may be controlled to operate together when the outlet of the main silo 1300 is opened.
  • a rotary valve 1500 is provided at the outlet of the main silo 1300 or the first and second metering silos 1410 and 1420 to control the discharge of the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S).
  • the rotary valve 1500 is a device for supplying a fixed amount of powder-type solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) downward while the valve rotates.
  • the rotary valve 1500 can be provided at four locations (1510, 1520, 1530, 1540), one at each outlet.
  • the first and second metering silos 1410 and 1420 control the operation of the rotary valves 1530 and 1540 provided at the discharge port to produce a rate of 0.1 to 0.1 per hour relative to the weight of the coal supplied on the coal feed conveyor.
  • a solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) is added to the coal supply at a rate of 0.5 wt%.
  • the input rate of GTS-S in the range of 0.1 to 0.5 wt% is a value obtained through actual measurements by the applicant of the present invention on coal from various producing regions, and when GTS-S is input at less than 0.1 wt% per hour, sulfur oxides in coal It was confirmed that the reduction efficiency was reduced, and when the input exceeded 0.5 wt% per hour, the sulfur oxide reduction efficiency of coal was no longer increased and GTS-S was wasted.
  • Coal input amount of thermal power plant At least 130 tons to 250 tons per hour
  • the input amount of GTS-S can be mixed with the feed coal transported to the boiler of a thermal power plant in the range of 0.13 to 1.25 tons per hour.
  • the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) is automatically and quantitatively added as pretreatment to the coal supply to the thermal power plant, and then the combustion product (coal) is removed from the combustion product particles during the combustion process.
  • the conventional flue gas desulfurization method removes sulfur oxides (SOx) contained in the generated flue gas after burning only the combustion products, so it has the disadvantage of requiring high desulfurization equipment to perform this process, manpower to operate it, and high costs.
  • the automatic injection system using the solid pretreatment desulfurization catalyst according to the present invention mixes the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) with the combustion product before combustion and then burns it together, so that the desulfurization catalyst is used during the combustion process. By adsorbing and removing sulfur oxides generated with the combustion of combustion products, an excellent desulfurization effect can be obtained that ultimately reduces sulfur oxide emissions in exhaust gas.
  • the solid pretreatment desulfurization catalyst is automatically added and mixed at a certain ratio in relation to the weight of the fed coal at the upper part of the conveyor, so it is much simpler and easier to add than the conventional liquid desulfurization catalyst.
  • the solid pretreatment desulfurization catalyst (GTS-S) used in the present invention does not flow down after being put into the coal supply, as suggested by the problem of the conventional liquid desulfurization catalyst, so it can be easily applied to various combustion facilities. .
  • the automatic injection system according to the present invention does not build a separate desulfurization treatment facility for exhaust gas generated after combustion of coal in a thermal power plant, but rather mixes combustion products with a solid pretreatment desulfurization catalyst before combustion and combusts it, making it economically inexpensive, quick and easy to burn.
  • An economical effect can also be obtained by reducing sulfur oxides.
  • combustion products to which the catalyst for solid pretreatment desulfurization according to the present invention can be applied can be broadly applied to combustion products that generate heat through combustion, such as coal, oil, waste, and biogas.
  • combustion products that generate heat through combustion such as coal, oil, waste, and biogas.
  • it can be easily applied to coal.
  • the above-mentioned solid pretreatment desulfurization catalyst is mixed in a certain ratio before combustion of the combustion product and then burned together with the combustion product. At this time, the amount of the solid pretreatment desulfurization catalyst mixed is adjusted according to the content of C, H, N, and S contained in the combustion product. By adjusting, excellent desulfurization effect can be maintained.
  • the present invention can be widely used in the field of automatic injection systems for catalysts for solid pretreatment desulfurization.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템은, 하단 배출구가 복수로 형성되고, 개방된 상단 투입구로부터 고체 전처리 탈황용 촉매를 공급받는 메인 사일로(silo); 상기 메인 사일로의 하방에 위치되어 메인 사일로 하단의 각 배출구로부터 석탄을 공급받고, 화력발전소의 급탄 컨베이어 상방에 각각 배치된 상태로 상기 급탄 컨베이어를 통해 이송되는 석탄의 상부에 고체 전처리 탈황용 촉매를 낙하시킴으로써 이송되는 석탄에 상기 고체 전처리 탈황용 촉매를 투입하는 복수의 미터링 사일로; 및 상기 급탄 컨베이어를 통해 이송되는 석탄의 투입량을 센싱하고, 상기 센싱된 석탄의 투입량에 연동하여 상기 미터링 사일로의 배출구를 각각 개폐 제어함으로써 석탄 투입량에 비례하여 일정 비율로 고체 전처리 탈황용 촉매가 낙하 및 투입될 수 있도록 제어하는 센싱 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템
본 발명은 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 액상 전처리 탈황용 촉매를 공극을 갖는 담지체에 함침 및 건조시켜 고형화함으로써 탈황용 촉매의 중량이 최소화될 뿐만 아니라 제조공정 설비가 단순화되고, 보관 안정성 및 물류비용이 개선된 고체 전처리 탈황용 촉매를 화력발전소의 급탄에 자동으로 정량 투입하기 위한 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템에 관한 것이다.
대기오염을 유발하는 오염원으로 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)가 지목되고 있으며, 특히, 황산화물은 유황성분을 함유하는 화석연료의 연소로부터 방출되는 산업 배가스에 포함되어 있어 산성비를 유발하는 등의 다양한 환경오염을 야기하는 등의 문제를 나타내고 있다.
이러한 산업 배가스에서 황산화물을 제거하는 탈황 방법은 지속적으로 연구되어 왔으며, 공장 또는 화석연료를 사용하는 발전소에서는 일반적으로 연소 후 처리 방법인 배연탈황 방법을 사용하여 왔다.
배연탈황 방법은 유황가스를 함유하는 화석연료를 연소한 후, 그 배가스를 탈황 처리하는 것을 의미하며, 이러한 배연탈황 방법은 습식법과 건식법으로 나눌 수 있다. 습식법은 배가스를 암모니아수, 수산화나트륨 용액, 석회유 등을 통해 세척하여 황산화물을 제거하는 방법이며, 건식법은 활성탄, 탄산염 등의 입자 또는 분말을 배가스와 접촉시켜, 이산화황을 흡착 또는 반응시킴으로써 황산화물을 제거하는 방법이다.
하지만, 배연탈황 방법을 사용하기 위해서는 배가스를 처리하는 탈황 설비를 따로 구축해야 하며, 탈황 설비의 가동 시 인력과 비용이 많이 들고 탈황 과정이 복잡하다는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 화석연료의 연소와 관련된 황산화물의 배출량 저감을 위해서 연료의 연소 전에 연료에 미리 혼합함으로써 연료의 연소 과정에서 탈황이 동시에 이루어지는 전처리 탈황용 촉매 및 탈황 방법에 대한 연구가 절실한 실정이다.
이러한 전처리 탈황용 촉매의 일례가 본원발명의 출원인이 앞서 출원한 특허등록 제1864999호(이하, ‘선출원특허’이라 함)에 잘 나타나 있다.
상기 선출원특허에 따르면, 화석연료의 연소 시에 단순하고 적용이 쉬우면 서 탈황 효과가 우수한 액상 전처리 탈황용 촉매, 탈황용 촉매의 제조방법 및 탈황용 촉매를 이용한 탈황 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상술한 액상 전처리 탈황용 촉매는 하기와 같은 문제점이 있었다.
첫째, 종래 액상 전처리 탈황용 촉매는 액상 원료와 물 등을 혼합하여 액체 상태로 제조되기 때문에 제조공정 설비가 복잡하고, 액상 화공물질의 특성상 보관 안전성이 좋지 않으며, 액체 형태로 특수용기를 탑재한 탱크로리 차량을 이용하여 수송해야 하므로 물류비 및 보관비용이 가중되는 문제점이 있었다.
둘째, 종래 액상 전처리 탈황용 촉매는 예컨대 석탄이나 석유 등 연소물에 전처리를 위해 혼입하는 경우 분사를 위한 별도의 설비가 필요함에 따라 제조공정설비의 비용 부담이 가중되는 문제점이 있었다.
셋째, 종래 액상 전처리 탈황용 촉매는 예컨대 석탄에 다량 첨가할 경우 석탄의 겔(gel)화로 석탄 투입구의 막힘 문제가 발생하거나 석탄을 이송하는 컨베이어 벨트에서 석탄과 함께 슬러리 형태로 하부로 흘러내리는 문제점이 발생되었다.
상기한 이유로 종래 액상 전처리 탈황용 촉매를 안정적인 고체 상태로 고형화함으로써 탈황용 촉매의 중량이 최소화될 뿐만 아니라 제조공정 설비가 단순화되고, 보관 안정성 및 물류비용이 개선된 고체 전처리 탈황용 촉매의 개발 및 보급이 시급한 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 안출된 것으로, 액상 전처리 탈황용 촉매를 공극을 갖는 담지체에 함침 및 건조시켜 고형화함으로써 탈황용 촉매의 중량이 최소화될 뿐만 아니라 제조공정 설비가 단순화되고, 보관 안정성 및 물류비용이 개선된 고체 전처리 탈황용 촉매를 화력발전소의 급탄에 자동으로 정량 투입하기 위한 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템은 일 실시예에 따라, 하단 배출구가 복수로 형성되고, 개방된 상단 투입구로부터 고체 전처리 탈황용 촉매를 공급받는 메인 사일로(silo); 상기 메인 사일로의 하방에 위치되어 메인 사일로 하단의 각 배출구로부터 석탄을 공급받고, 화력발전소의 급탄 컨베이어 상방에 각각 배치된 상태로 상기 급탄 컨베이어를 통해 이송되는 석탄의 상부에 고체 전처리 탈황용 촉매를 낙하시킴으로써 이송되는 석탄에 상기 고체 전처리 탈황용 촉매를 투입하는 복수의 미터링 사일로; 및 상기 급탄 컨베이어를 통해 이송되는 석탄의 투입량을 센싱하고, 상기 센싱된 석탄의 투입량에 연동하여 상기 미터링 사일로의 배출구를 각각 개폐 제어함으로써 석탄 투입량에 비례하여 일정 비율로 고체 전처리 탈황용 촉매가 낙하 및 투입될 수 있도록 제어하는 센싱 제어부;를 포함하여 구성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 메인 사일로(silo) 일측에는 고체 전처리 탈황용 촉매를 지상으로부터 메인 사일로의 상단 투입구까지 수직 이송하기 위한 수직 이송수단;이 더 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 수직 이송수단은 버킷 엘리베이터 또는 호이스트(hoist) 장치인 것을 특징으로 한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 메인 사일로의 배출구 및 미터링 사일로의 투입구 사이, 또는 미터링 사일로의 배출구 및 급탄 컨베이어의 사이 중 적어도 일개소에는 고체 전처리 탈황용 촉매를 수평 이송하기 위한 수평 이송수단;이 더 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 수평 이송수단은 스크류 피더 또는 벨트 컨베이어인 것을 특징으로 한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 메인 사일로의 배출구와 인접한 외부면에는 상기 메인 사일로의 배출구를 통해 배출되는 고체 전처리 탈황용 촉매가 정체되지 않도록 진동을 부가하는 적어도 하나의 바이브레이터(vibrator);가 더 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 메인 사일로 또는 미터링 사일로의 배출구에는 고체 전처리 탈황용 촉매의 배출을 제어하기 위한 로터리 밸브;가 더 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 센싱 제어부는, 급탄 컨베이어의 하단에 구비되어 이송되는 급탄의 순간 중량을 측정하는 로드셀(load cell); 및 급탄 컨베이어의 상방에 구비되어 이송되는 급탄의 이송속도를 측정하는 모션 디텍터(motion detector);를 포함한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 미터링 사일로는 급탄 컨베이어 상에서 이송되는 급탄의 중량 대비 시간당 0.1 내지 0.5 wt%의 비율로 고체 전처리 탈황용 촉매를 급탄에 투입한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 고체 전처리 탈황용 촉매는, (a) 액상 전처리 탈황용 촉매를 제조하는 단계; (b) 공극을 갖는 다공성(porous) 구조의 담지체를 일정 크기로 분쇄하는 단계; (c) 상기 단계 (a)에서 제조된 액상 전처리 탈황용 촉매에 단계 (b)에서 일정 크기로 분쇄된 담지체를 담가 10 내지 60분 동안 함침시키는 단계; (d) 상기 단계 (c)의 함침에 의해 상기 액상 전처리 탈황용 촉매가 담지체의 공극에 침투된 상태로 상기 담지체를 건조기에 투입한 후 100℃ 이상의 온도에서 일정 시간동안 건조하는 단계;를 포함하여 제조된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 단계 (d) 이후에, (e) 담지체의 공극에 액상 전처리 탈황용 촉매가 침투된 상태로 건조된 상기 담지체를 분쇄하여 분말화하는 단계;를 더 포함한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 단계 (e) 이후에, (f) 상기 단계 (e)를 통해 분말로 제조된 고형분을 고체 전처리 탈황용 촉매로 하거나, 상기 고형분을 압출기에 투입하여 펠릿(pellet)을 제조하거나, 상기 고형분을 타정기에 투입하여 정제(Tablet)로 제조하는 단계;를 더 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템은, 화력발전소의 급탄에 전처리로 자동 정량 투입된 후 연소물의 연소 과정에서 연소물 입자에서 발생하는 회분(ash)에 흡착하여 다공성을 활성시키고 회분 내에 존재하는 황산화물(SOx)을 높은 효율로 흡착하여 제거함으로써 배가스의 생성 전에 황산화물의 배출량을 저감시키는 우수한 효과가 있다.
또한, 급탄이 컨베이어 상에서 이동하는 동안 상기 컨베이어의 상방에서 고체 전처리 탈황용 촉매가 급탄의 중량에 연동하여 일정 비율로 혼합되므로 종래 액상 탈황용 촉매 대비 훨씬 단순하면서도 투입이 용이할 뿐만 아니라, 액상 탈황용 촉매가 흘러내리지 않는 등 다양한 연소 시설에 쉽게 적용될 수 있어 화석연료의 연소에 의한 황산화물(SOx)의 배출량을 배가스의 배출 전에 효율적으로 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 탈황 시스템은 연소물의 연소 후 발생하는 배가스의 탈황 처리시설을 따로 구축하지 않고, 연소물과 고체 전처리 탈황용 촉매를 혼합하여 연소시킴으로써 경제적으로 저렴하면서도 빠르고 쉽게 황산화물을 저감시킬 수 있는 경제적인 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 고체 전처리 탈황용 촉매의 제조방법을 설명하는 플로우챠트
도 2는 본 발명 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템 구성을 전체적으로 보인 예시도
도 3은 도 2의 평면도
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 적용되는 고체 전처리 탈황용 촉매의 제조방법을 일 실시예에 따라 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 고체 전처리 탈황용 촉매의 제조방법을 설명하는 플로우챠트이다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 적용되는 고체 전처리 탈황용 촉매의 제조공정에 대해 살펴보면 일 실시예에 따라 하기의 단계들로 구성될 수 있다.
단계 (a): 액상 전처리 탈황용 촉매를 제조한다. (S100)
본 발명에 따른 액상 전처리 탈황용 촉매는, 일 실시예에 따라 하기 세부 단계에 따라 제조될 수 있다.
단계 (a-1): SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물 분말을 혼합 및 미분한다.
단계 (a-2): Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 분말을 혼합 및 미분한다.
단계 (a-3): 상기 단계 (a-1)의 상기 산화물 및 상기 단계 (a-2)의 상기 금속을 사붕산나트륨(Na2B4O7.10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 액상 조성물과 혼합하여 탈황용 촉매를 형성한다.
상기 단계 (a-1)는, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물 분말을 혼합하여 미분기를 통해 미분하는 단계이다.
본 단계에서 산화물 분말은 SiO2 15 ~ 90 중량부, Al2O3 15 ~ 100 중량부, Fe2O3 10 ~ 50 중량부, TiO2 5 ~ 15 중량부, MgO 20 ~ 150 중량부, MnO 10 ~ 20 중량부, CaO 20 ~ 200 중량부, Na2O 15 ~ 45 중량부, K2O 20 ~ 50 중량부 및 P2O3 5 ~ 20 중량부를 포함할 수 있다.
또한, 본 단계에서 미분된 산화물 분말은 입자 크기가 1 ~ 2 ㎛로 미분되도록 반복해서 미분할 수 있다.
상기 단계 (a-2)는, Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 분말을 혼합하여 미분기를 통해 미분하는 단계이다.
본 단계에서 금속 분말은 Li 0.0035 ~ 0.009 중량부, Cr 0.005 ~ 0.01 중량부, Co 0.001 ~ 0.005 중량부, Ni 0.006 ~ 0.015 중량부, Cu 0.018 ~ 0.03 중량부, Zn 0.035 ~ 0.05 중량부, Ga 0.04 ~ 0.08 중량부, Sr 0.02 ~ 0.05 중량부, Cd 0.002 ~ 0.01 중량부 및 Pb 0.003 ~ 0.005 중량부를 포함할 수 있다.
또한, 본 단계에서 미분된 금속 분말은 입자 크기가 1 ~ 2 ㎛로 미분되도록 반복해서 미분할 수 있다.
상기 단계 (a-3)에서는, 상기 단계 (a-1) 및 상기 단계 (a-2)에서 혼합 및 미분한 산화물 분말 및 금속 분말을 사붕산 나트륨(Na2B4O7.10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 액상 조성물과 혼합하여 액상 전처리 탈황용 촉매를 형성한다.
본 단계에서 액상 조성물은 사붕산나트륨(Na2B4O7.10H2O) 20 ~ 130 중량부, 수산화나트륨(NaOH) 15 ~ 120 중량부, 규산나트륨(Na2SiO3) 50 ~ 250 중량부 및 과산화수소(H2O2) 10 ~ 50 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 본 단계에서 상기 단계 (a-1) 및 단계 (a-2)에서 혼합 및 미분한 산화물 분말 및 금속 분말과 혼합하여 반응시킬 때, 산화물 분말 및 액상 조성물이 킬레이트제 역할을 하여 금속 분말과 킬레이트화되어 금속 킬레이트 화합물을 형성시킬 수 있다.
또한, 본 단계에서 형성된 액상 전처리 탈황용 촉매는 24 ~ 72시간 침전시켜 안정화시키며, 침전된 탈황용 촉매를 분리하여 자연 건조시켜 분말 형태의 탈황용 분말 촉매로 사용할 수 있으며, 침전된 탈황용 촉매를 분리시키고 남은 액상 형태의 조성물을 본 발명의 액상 전처리 탈황용 촉매로 사용할 수 있다.
여기서, 상기 침전된 액상 탈황용 촉매의 침전물은 자연건조시켜 탈황용 분말 촉매(GTS-P)로 명명하고, 침전된 분말 조성물을 분리한 액상 조성물을 별도의 용기에 이동시키고 액상 전처리 탈황용 촉매(GTS)로 명명한다.
참고로, 상기 탈황용 분말 촉매(GTS-P)는 앞서 상술한 바와 같이 액상 전처리 탈황용 촉매(GTS)의 침전물을 자연 건조시켜 고형화할 수는 있으나, 이 경우 하기와 같은 여러 가지 문제점이 발생되었다.
첫째, GTS-P는 높은 점성을 갖기 때문에 건조 속도가 매우 느릴 뿐만 아니라, 표피 부분의 고형화에 따른 내부 건조에 어려움이 발생되었다. 이에, 수용액 상태의 GTS를 건조하기 위해 건조온도를 높일 경우 수분에 대한 용해도가 높아 고점도의 액상으로 존재하여 제조에 복잡성이 발생되었다.
둘째, 건조 후 금속재 설비에 부식이 발생되었으며, 설비의 벽면에 GTS 부착물이 생성되는 문제점이 발생되었다. 또한, 일반 대기상태에서 보관 시 수분 흡수에 따른 보관 안전성이 나쁘고, 단순 건조에 의한 GTS-P의 분말 고형물은 석탄에 분산시킬 때 공기 중의 수분을 흡수하여 액상화가 급속히 진행되므로 첨가 방법 및 설비에 복잡성이 발생되었다. 상기한 이유로 탈황용 분말 촉매(GTS-P)는 본 발명의 고체 전처리 탈황용 촉매로 사용하기에 부적합하였다.
따라서, 상술한 단계 (a-1) 내지 (a-3)에 의해 본 발명의 주재료 중 하나인 액상 전처리 탈황용 촉매(GTS)를 제조 및 준비 완료한다.
단계 (b): 공극을 갖는 다공성(porous) 구조의 담지체를 일정 크기로 분쇄한다. (S200)
일 실시예에 따라, 상기 담지체는 다공성 물질인 팽창질석(vermiculite), 펄라이트(pearlite), 규조토, 활성탄 등을 담지체로 사용하였다. 상기 담지체는 겉보기 비중은 0.1~0.5, 흡수율은 60 ~ 300 cc/100g, 입자 크기는 10 ~ 2,000 ㎛인 것을 사용하였다.
상기 담지체는 다공성(porous) 구조를 갖는 재료가 바람직한데, 상기 담지체 내의 수많은 공극은 수분유지력을 가지고 있어 탈황 작용을 하는 성분을 고상으로 적절히 함유할 수 있다. 또한, 통기성을 가지고 있어 황산화물과의 반응을 통해 황산나트륨(Na2SO4)를 생성하고 특히 단열특성이 있어 고온영역에서의 분해반응을 저지시킨다. 통상 1200℃ 이상에서는 황산나트륨이 황산화물로 분해반응을 일으키어 배가스로 나가 탈황 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 강알카리 성질의 탈황성분이 다공성 물질 내에 존재하여 연소로 내벽에 강알카리 성분의 부착되는 것을 최소화할 수 있는 입체 장애물 역할을 함에 따라 연소로 내벽에 알카리 부착에 따른 고온부식을 회피할 수 있다. 특히, 판상형 구조를 갖는 팽창질석의 경우 수분흡수 속도가 더욱 빨라 고액 함침에 유리한 이점이 있다.
단계 (c): 상기 단계 (a)에서 제조된 액상 전처리 탈황용 촉매에 단계 (b)에서 일정 크기로 분쇄된 담지체를 담가 10 내지 60분 동안 함침시킨다. (S300)
일 실시예에 따라, 액상 전처리 탈황용 촉매(GTS)과 질석 담지체의 질량비는 5:1 내지 20:1의 범위에서 혼합할 수 있으며, 보다 바람직하게는 10:1의 질량비를 갖도록 혼합한다.
상기 액상 전처리 탈황용 촉매(GTS)가 질석 담지체에 함침되는 시간은 액상 전처리 탈황용 촉매가 질석 담지체의 공극 사이에 충분히 함침될 수 있도록 최소 1시간 동안 함침을 실시한다.
단계 (d): 상기 단계 (c)의 함침에 의해 상기 액상 전처리 탈황용 촉매가 담지체의 공극에 침투된 상태로 상기 담지체를 건조기에 투입한 후 100℃ 이상의 온도에서 일정 시간동안 건조한다. (S400)
또한, 상기 단계 (d)는 일 실시예에 따라 하기 세부 단계들로 구성될 수 있다.
단계 (d-1): 상기 액상 전처리 탈황용 촉매가 침투된 담지체를 건조기에 투입한 후, 상기 건조기 내부의 온도를 상온에서 130℃로 승온한 후 2시간동안 1차 건조한다.
단계 (d-2): 상기 단계 (d-1)에서 1차 건조된 담지체를 230℃로 승온하여 2~3시간동안 2차 건조한다.
상기와 같이 상온에서 130℃까지 승온한 뒤 건조하는 1차 건조, 130℃에서 230℃까지 승온한 뒤 건조하는 2차 건조를 통해 충분한 건조 시간동안 다단계로 건조를 수행함으로써 열기가 다공성 구조의 내부까지 골고루 침투하여 고른 건조가 이루어짐을 확인하였다. 또한, 후술하는 건조 실험에서 상기 2차 건조까지 완료한 결과물에서 액상 전처리 탈황용 촉매가 침투된 담지체의 함수율이 5% 미만에 도달함을 확인하였다.
한편, 다른 실시예에 따라 상술한 일 실시예처럼 단계 (d-1) 및 (d-2)의 1, 2차 건조 과정을 단계적으로 거치지 않고, 단계 (d-2)의 2차 건조만을 160분간 수행하여서도 함수율 5% 미만에 도달할 수 있다.
또한, 상술한 일 실시예 및 다른 실시예에서, 상기 건조기는 드럼형 분말 건조기를 사용하는 경우 담지체가 드럼형 건조통 내에서 구름운동하면서 건조되므로 건조 시간이 더욱 단축될 수 있어 본 발명에 따른 고체 전처리 탈황용 촉매를 연속 생산하는 데 더욱 유리한 이점이 있다.
단계 (e): 담지체의 공극에 액상 전처리 탈황용 촉매가 침투된 상태로 건조된 후, 상기 담지체를 분쇄기에 넣고 일정 크기로 분쇄한다. (S500)
분쇄 크기는 분쇄기를 통해 고형분을 입자 사이즈 10메시(1.9mm) 이하로 분쇄할 수 있으나, 연소물의 종류 및 혼합 방식에 따라 적절한 사이즈로 분쇄할 수 있다. 따라서, 상기와 같이 분말 형태로 제조된 고형분은 본 발명의 고체 전처리 탈황용 촉매(제1 형태)로 바로 사용할 수 있다.
단계 (f): 상기 단계 (e)를 통해 분말로 제조된 고형분을 압출기에 투입하여 펠릿(pellet, 제2 형태)을 제조하거나, 상기 고형분을 타정기에 투입하여 정제(Tablet, 제3 형태)로 제조한다. (S600)
이상과 같이, 상술한 단계 (a) 내지 (f)에 의해 분말(제1 형태), 펠릿(제2 형태) 또는 정제(제3 형태)로 가공된 본 발명의 고체 전처리 탈황용 촉매(이하, ‘GTS-S’라 칭함)를 최종적으로 제조 완료한다.
즉, 분말로 제조된 건조품을 GTS-S 제품으로 출하하거나, 압출기를 사용하여 펠릿(pellet) 형태로 가공하거나, 분쇄기를 통해 고형분을 입자 사이즈 10메시(1.9mm) 이하로 분쇄한 후 타정기를 이용하여 정제(tablet)로 가공하는 등 다양한 형태의 GTS-S 제품을 제조할 수 있다. 이때, 일 실시예에 따라 상기와 같이 제조된 펠릿 또는 정제의 크기는 직경 2mm ~ 50mm, 길이는 직경 대비(L/D) 1 이내의 사이즈로 제조될 수 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 고체 전처리 탈황용 촉매를 이용한 탈황 방법은, 상술한 바와 같이 제조된 고체 전처리 탈황용 촉매를 연소물과 미리 혼합한 후 연소시킴으로써 연소 과정에서 전처리로 황산화물을 흡착 및 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 연소물에 함유된 C, H, N, S의 함량 비율에 따라 연소물에 혼합되는 상기 고체 전처리 탈황용 촉매의 혼합 비율을 조절할 수 있다. 예컨대, 연소물이 베트남 Uong Bi 3 석탄인 경우 황함량이 높아 본 발명에 적용되는 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)의 투입량을 늘려 일반 석탄보다 더 많이 혼합할 필요가 있다.
이하, 도 2 및 3을 참조하여 본 발명 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템의 구성에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템 구성을 전체적으로 보인 예시도이고, 도 3은 도 2의 평면도이다.
먼저, 본 발명 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템(1000)은 일 실시예에 따라, 하단 배출구가 복수로 형성되고, 개방된 상단 투입구로부터 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)를 공급받는 메인 사일로(silo)(1300);가 구비된다.
일 실시예에 따라, 상기 메인 사일로(1300) 하단의 배출구는 2개가 형성된 것으로 도시되었으나, 그 이상 형성될 수 있다. 또한, 상기 메인 사일로(1300)의 하단부는 호퍼(hopper) 형태를 갖되, 일 실시예에 따라 도 2 및 3에서는 하단 배출구가 2개(한쌍) 형성된 트윈 호퍼(twin hopper) 형태로 구현될 수 있다.
또한, 상기 메인 사일로(1300)의 하방에는 미터링 사일로(metering silo)(1400)가 구비된다. 여기서, 상기 미터링 사일로는 복수로 구비될 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 2 및 3을 참조하면 상기 미터링 사일로(1410)는 메인 사일로(1300)의 배출구 개수에 따라 2개, 즉 제1 미터링 사일로(1410) 및 제2 미터링 사일로(1420)가 구비될 수 있다.
상기 각각의 제1, 제2 미터링 사일로(1410)(1420)는 메인 사일로(1300) 하단의 각 배출구로부터 석탄을 각각 공급받고, 화력발전소의 보일러로 석탄을 이송하는 제1, 제2 급탄 컨베이어(100)(200) 상방에 각각 배치된다. 이 상태에서 상기 제1, 제2 미터링 사일로(1410)(1420)의 배출구를 통해 제1, 제2 급탄 컨베이어(100)(200) 상에서 이송되는 석탄의 상부에 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)를 각각 낙하시킴으로써 이송되는 석탄에 상기 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)를 일정 비율로 투입한다.
또한, 상기 제1, 제2 급탄 컨베이어(100)(200)에는 석탄 투입량에 비례하여 일정 비율로 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)가 낙하 및 투입될 수 있도록 제어하는 센싱 제어부가 구비된다.
일 실시예에 따라, 상기 센싱 제어부는 제1, 제2 급탄 컨베이어(100)(200)의 하단에 각각 구비되어 화력발전소의 보일러로 이송되는 급탄의 순간 중량을 측정하는 로드셀(load cell, 미도시); 및 상기 제1, 제2 급탄 컨베이어(100)(200)의 상방에 구비되어 이송되는 급탄의 이송속도를 측정하는 모션 디텍터(motion detector)(1610)(1620);를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 로드셀(미도시)은 제1, 제2 급탄 컨베이어(100)(200)를 통해 이송되는 석탄의 순간 중량을 각각 센싱하고, 상기 모션 디텍터(motion detector)(1610)(1620)에 의해 제1, 제2 급탄 컨베이어(100)(200)의 시간당 이송속도를 각각 측정한다. 이어서, 이렇게 얻어진 상기 급탄의 순간 중량과 급탄 컨베이어의 시간당 이송속도를 곱하여 석탄의 시간당 투입량을 산출할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 구해진 석탄의 투입량에 연동하여 상기 제1, 제2 미터링 사일로(1410)(1420)의 배출구를 각각 개폐 제어함으로써 결국 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)의 투입량을 제어할 수 있다.
또한, 상기 메인 사일로(1300) 일측에는 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)를 지상으로부터 메인 사일로(1300)의 상단 투입구까지 수직 이송하기 위한 수직 이송수단이 구비된다.
일 실시예에 따라, 상기 수직 이송수단은 버킷 엘리베이터(bucket elevator, 1200) 또는 호이스트(hoist) 장치 중 하나일 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2 및 3을 참조하면 버킷 엘리베이터(1200)를 이용하여 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)를 지상으로부터 메인 사일로(1300)의 상단 투입구까지 수직 이송할 수 있다. 이때, 상기 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)는 톤백(ton bag)에 담긴 채로 트럭 등에 의해 버킷 엘리베이터(1200)까지 운송될 수 있으며, 작업자는 별도의 크레인(1100)을 이용하여 톤백에 담긴 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)를 버킷 엘리베이터(1200)의 버킷(bucket)에 옮겨 담을 수 있다.
또한, 상기 메인 사일로(1300)의 배출구 및 제1, 제2 미터링 사일로(1410)(1420)의 투입구 사이, 또는 상기 제1, 제2 미터링 사일로(1410)(1420)의 각 배출구 및 제1, 제2 급탄 컨베이어(100)(200)의 사이 중 적어도 일개소에는 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)를 수평 이송하기 위한 수평 이송수단(1800)이 구비된다.
일 실시예에 따라, 상기 수평 이송수단(1800)은 스크류 피더(screw feeder) 또는 벨트 컨베이어(belt conveyor) 중 하나일 수 있다. 이에 따라, 상기 수평 이송수단(1800)을 이용하여, 직하방에 배치되지 않고 일정 거리를 두고 서로 떨어져 배치될 수 있는 상기 메인 사일로(1300)의 배출구 및 제1, 제2 미터링 사일로(1410)(1420)의 투입구 사이, 또는 상기 제1, 제2 미터링 사일로(1410)(1420)의 각 배출구 및 제1, 제2 급탄 컨베이어(100)(200)의 사이에서 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)의 공급유로가 수평적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 메인 사일로(1300)의 배출구와 인접한 외부면에는 상기 메인 사일로(1300)의 배출구를 통해 배출되는 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)가 정체되지 않도록 진동을 부가하는 적어도 하나의 바이브레이터(vibrator)(1700)가 구비된다. 일 실시예에 따라, 상기 바이브레이터(1700)는 메인 사일로(1300)의 배출구가 개방될 때 함께 동작되도록 제어될 수 있다.
또한, 상기 메인 사일로(1300) 또는 제1, 제2 미터링 사일로(1410)(1420)의 배출구에는 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)의 배출을 제어하기 위한 로터리 밸브(1500)가 구비된다. 상기 로터리 밸브(1500)는 밸브가 회전운동하며 파우더 형태의 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)를 하방으로 정량 공급하기 위한 장치로서, 일 실시예에 따라 도 2를 참조하면 상기 로터리 밸브(1500)는 각 배출구에 하나씩, 4개소(1510, 1520, 1530, 1540)에 구비될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1, 제2 미터링 사일로(1410)(1420)는 배출구에 구비된 로터리 밸브(1530)(1540)의 동작을 제어함으로써 급탄 컨베이어 상에서 이송되는 급탄의 중량 대비 시간당 0.1 내지 0.5 wt%의 비율로 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)를 급탄에 투입한다.
여기서, 상기 0.1 내지 0.5 wt% 범위의 GTS-S의 투입비율은 다양한 산지의 석탄에 대해 본 발명 출원인이 직접 실측하여 얻은 값으로 GTS-S가 시간당 0.1 wt% 미만으로 투입될 경우 석탄의 황산화물 저감효율이 감소되었으며, 시간당 0.5 wt%를 초과하여 투입될 경우 석탄의 황산화물 저감효율이 더 이상 증가되지 않아 GTS-S가 낭비되는 것으로 확인되었다.
이하, 상술한 구성의 본 발명 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템을 화력발전소에 설치한 경우를 가정하여 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)의 투입량을 계산하는 과정을 살펴보기로 한다.
1. 화력발전소의 급탄 투입량(급탄 컨베이어의 이송량): 시간당 최소 130톤(ton) 내지 250톤
2. GTS-S의 투입비율: 급탄 투입량 대비 시간당 0.1 내지 0.5 wt%
3. GTS-S의 투입량
즉, 최대 투입량: 250톤(급탄) × 0.5 wt% = 1.25톤/시간
즉, 최소 투입량: 130톤(급탄) × 0.1 wt% = 0.13톤/시간
이에 따라, 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 GTS-S의 투입량은 시간당 0.13톤 내지 1.25톤의 범위에서 화력발전소의 보일러로 이송되는 급탄에 혼합하여 투입될 수 있다.
따라서, 본 발명 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템을 이용함으로써, 화력발전소의 급탄에 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)가 전처리로 자동 정량 투입된 후 연소물(석탄)의 연소 과정에서 연소물 입자에서 발생하는 회분(ash)에 흡착하여 다공성을 활성시키고 회분 내에 존재하는 황산화물(SOx)을 높은 효율로 흡착하여 제거함으로써 배가스의 생성 전에 황산화물의 배출량을 저감시키는 우수한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 종래의 배연탈황 방법은 연소물만을 연소한 후 생성된 배가스에 포함된 황산화물(SOx)을 제거하는 방식이므로 이 과정을 수행하기 위한 탈황 설비와 이를 운용하기 위한 인력 및 비용이 많이 드는 단점을 가지고 있었으나, 본 발명에 따른 고체 전처리 탈황용 촉매를 이용한 자동 투입 시스템은 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)를 연소물의 연소 전에 연소물과 미리 혼합한 후 함께 연소시킴으로써, 연소 과정에서 탈황용 촉매가 연소물의 연소와 함께 발생하는 황산화물을 흡착하여 제거함으로써 종국에는 배가스 중의 황산화물 배출을 저감시키는 우수한 탈황 효과를 얻을 수 있다.
또한, 급탄이 컨베이어 상에서 이동하는 동안 상기 컨베이어의 상방에서 고체 전처리 탈황용 촉매가 급탄의 중량에 연동하여 일정 비율로 자동적으로 투입 및 혼합되므로 종래 액상 탈황용 촉매 대비 훨씬 단순하면서도 투입이 용이할 뿐만 아니라, 본 발명에 이용되는 고체 전처리 탈황용 촉매(GTS-S)는 종래 액상 탈황용 촉매의 문제점으로 제시된 바와 같이 급탄에 투입된 후 흘러내리지 않기 때문에 다양한 연소 시설에 쉽게 적용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동 투입 시스템은 화력발전소에 석탄의 연소 후 발생하는 배가스의 탈황 처리시설을 따로 구축하지 않고, 연소 전에 연소물과 고체 전처리 탈황용 촉매를 혼합하여 연소시킴으로써 경제적으로 저렴하면서도 빠르고 쉽게 황산화물을 저감시킬 수 있는 경제적인 효과도 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고체 전처리 탈황용 촉매를 적용할 수 있는 연소물은 석탄, 석유, 폐기물 및 바이오 가스 등 연소를 통해 열량을 발생시키는 연소물들에 폭넓게 적용될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따라 바람직하게는 석탄에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술한 고체 전처리 탈황용 촉매를 연소물의 연소 전에 일정 비율로 혼입시킨 뒤 연소물과 함께 연소시키되, 이때 연소물에 포함된 C, H, N, S의 함량에 따라 고체 전처리 탈황용 촉매의 혼입량을 조절함으로써 우수한 탈황 효과를 유지할 수 있다.
아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.
본 발명은 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템 분야에 광범위하게 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 하단 배출구가 복수로 형성되고, 개방된 상단 투입구로부터 고체 전처리 탈황용 촉매를 공급받는 메인 사일로(silo);
    상기 메인 사일로의 하방에 위치되어 메인 사일로 하단의 각 배출구로부터 석탄을 공급받고, 화력발전소의 급탄 컨베이어 상방에 각각 배치된 상태로 상기 급탄 컨베이어를 통해 이송되는 석탄의 상부에 고체 전처리 탈황용 촉매를 낙하시킴으로써 이송되는 석탄에 상기 고체 전처리 탈황용 촉매를 투입하는 복수의 미터링 사일로; 및,
    상기 급탄 컨베이어를 통해 이송되는 석탄의 투입량을 센싱하고, 상기 센싱된 석탄의 투입량에 연동하여 상기 미터링 사일로의 배출구를 각각 개폐 제어함으로써 석탄 투입량에 비례하여 일정 비율로 고체 전처리 탈황용 촉매가 낙하 및 투입될 수 있도록 제어하는 센싱 제어부;를 포함하는 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 사일로(silo) 일측에는 고체 전처리 탈황용 촉매를 지상으로부터 메인 사일로의 상단 투입구까지 수직 이송하기 위한 수직 이송수단;이 더 구비되는 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수직 이송수단은 버킷 엘리베이터 또는 호이스트(hoist) 장치인 것을 특징으로 하는 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 사일로의 배출구 및 미터링 사일로의 투입구 사이, 또는 미터링 사일로의 배출구 및 급탄 컨베이어의 사이 중 적어도 일개소에는 고체 전처리 탈황용 촉매를 수평 이송하기 위한 수평 이송수단;이 더 구비되는 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수평 이송수단은 스크류 피더 또는 벨트 컨베이어인 것을 특징으로 하는 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 사일로의 배출구와 인접한 외부면에는 상기 메인 사일로의 배출구를 통해 배출되는 고체 전처리 탈황용 촉매가 정체되지 않도록 진동을 부가하는 적어도 하나의 바이브레이터(vibrator);가 더 구비되는 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 사일로 또는 미터링 사일로의 배출구에는 고체 전처리 탈황용 촉매의 배출을 제어하기 위한 로터리 밸브;가 더 구비되는 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 센싱 제어부는,
    급탄 컨베이어의 하단에 구비되어 이송되는 급탄의 순간 중량을 측정하는 로드셀(load cell); 및,
    급탄 컨베이어의 상방에 구비되어 이송되는 급탄의 이송속도를 측정하는 모션 디텍터(motion detector);를 포함하는 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 미터링 사일로는 급탄 컨베이어 상에서 이송되는 급탄의 중량 대비 시간당 0.1 내지 0.5 wt%의 비율로 고체 전처리 탈황용 촉매를 급탄에 투입하는 것을 특징으로 하는 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 전처리 탈황용 촉매는,
    (a) 액상 전처리 탈황용 촉매를 제조하는 단계;
    (b) 공극을 갖는 다공성(porous) 구조의 담지체를 일정 크기로 분쇄하는 단계;
    (c) 상기 단계 (a)에서 제조된 액상 전처리 탈황용 촉매에 단계 (b)에서 일정 크기로 분쇄된 담지체를 담가 10 내지 60분 동안 함침시키는 단계;
    (d) 상기 단계 (c)의 함침에 의해 상기 액상 전처리 탈황용 촉매가 담지체의 공극에 침투된 상태로 상기 담지체를 건조기에 투입한 후 100℃ 이상의 온도에서 일정 시간동안 건조하는 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 단계 (d) 이후에,
    (e) 담지체의 공극에 액상 전처리 탈황용 촉매가 침투된 상태로 건조된 상기 담지체를 분쇄하여 분말화하는 단계;를 더 포함하는 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 단계 (e) 이후에,
    (f) 상기 단계 (e)를 통해 분말로 제조된 고형분을 고체 전처리 탈황용 촉매로 하거나, 상기 고형분을 압출기에 투입하여 펠릿(pellet)을 제조하거나, 상기 고형분을 타정기에 투입하여 정제(Tablet)로 제조하는 단계;를 더 포함하는 고체 전처리 탈황용 촉매의 자동 투입 시스템.
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