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KR101876413B1 - 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치 - Google Patents

배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치 Download PDF

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KR101876413B1
KR101876413B1 KR1020170051302A KR20170051302A KR101876413B1 KR 101876413 B1 KR101876413 B1 KR 101876413B1 KR 1020170051302 A KR1020170051302 A KR 1020170051302A KR 20170051302 A KR20170051302 A KR 20170051302A KR 101876413 B1 KR101876413 B1 KR 101876413B1
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South Korea
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exhaust gas
aqueous solution
ozone
alkaline
gas
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허순범
홍정희
윤관구
최형주
Original Assignee
케이씨코트렐 주식회사
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Abstract

본 발명은 각종 발전소나 제철소 등에서 화석연료의 연소에 따라 발생되는 배기가스 중 질소산화물과 황산화물을 효과적으로 동시에 제거하는 장치로서, 더욱 상세하게는 공급되는 배기가스에 오존을 공급하고 산화촉매 반응에 의해 배기가스의 일산화질소를 이산화질소로 환원시킨 후 알칼리수용액을 배기가스에 분사하는 기액반응을 통해 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 동시에 처리할 수 있는 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치에 관한 것이다.

Description

배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치{FLUE GAS TREATMENT APPARATUS FOR REMOVING NOx and SOx SIMULTANEOUSLY}
본 발명은 각종 발전소나 제철소 등에서 화석연료의 연소에 따라 발생되는 배기가스 중 질소산화물과 황산화물을 효과적으로 동시에 제거하는 장치로서, 더욱 상세하게는 공급되는 배기가스에 오존을 공급하고 산화촉매 반응에 의해 배기가스의 일산화질소를 이산화질소로 환원시킨 후 알칼리수용액을 배기가스에 분사하는 기액반응을 통해 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 동시에 처리할 수 있는 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치에 관한 것이다.
일반적으로 각종 발전소나 제철소 등에서는 화석연료 등의 연소에 따라 발생되는 배기가스의 유해 대기오염물질인 질소산화물과 황산화물을 처리하기 위하여 대형의 배기가스 처리장치가 사용된다.
상기 배기가스 처리장치는 배기가스의 황산화물을 배연탈황장치(Flue Gas Desulfurization: FGD) 등으로 처리하고 배기가스의 질소산화물을 선택적 환원촉매장치(Selective Catalytic Reduction: SCR) 등으로 처리하게 된다.
이때, 상기 배연탈황장치는 연소 배기가스 속의 아황산가스(SO2)를 배연탈황법을 통해 제거하는 장치로서, 배연탈황법에는 알칼리 용액 및 금속 산화물 등에 SO2를 흡수시키거나 활성탄 등을 이용하여 SO2를 흡착 제거하는 방식이다. 또한, 상기 선택적 환원촉매장치는 요소용액 등을 산화제로 이용하여 촉매존재하에 질소산화물을 환원시켜 질소가스 등으로 정화처리하여 배출시키는 방식이다.
그러나, 상기 배연탈황장치와 선택적 환원촉매장치는 대량의 배기가스가 성격이 전혀 다른 탈황 및 탈질의 두 공정을 순차적으로 거치면서 배기가스에 포함된 오염물질을 처리함에 따라 초기 투자비 및 운전비가 상승하게 되고 탈질 및 탈황공정의 최적 공정결합이 요구될 뿐 아니라 배연탈황장치의 경우 전체적인 설비규모가 커지고 배압 증가 등의 문제로 인해 사용상에 불편함이 많으며, 선택적 환원촉매장치의 경우에는 400℃ 이상의 고온에서 작동하여 운전조건이 까다롭고 고가의 촉매를 이용해야 하기 때문에 시설비용이 과도하게 소모되는 문제점이 있었다.
이와 같은 배기가스 처리장치에 관한 종래 기술로서 공개특허공보 제10-2015-0108423호에는 내연 기관에서 발생하는 연료의 연소로부터 기원하는, SOx, NOx, 검댕 및 수증기를 포함하는 배기 가스로부터 SOx 및 NOx를 제거하기 위한 세정 장치가 개시되어 있다.
상기 기술은 내연 기관에 유체적으로 연결되어 있는 적어도 하나의 촉매 반응기를 포함하여 구성되고, 상기 촉매 반응기는 배기 가스가 촉매 반응기를 통과하는 경우, 적어도 SO2를 SO3로 전환시키고 NO를 NO2로 전환시키는 산화촉매를 포함하며, 장치가 촉매 반응기 아래에서 촉매 반응기에 유체적으로 연결되는 응축기를 추가로 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 응축기에서 배출되는 배기 가스는 응축기 내 물의 이슬점 온도보다 낮은 온도로 냉각되어 SO3, NO2 및 물을 응축시키며, SO3 및 NO2를 응축된 물에 용해시켜서 배기가스로부터 제거하여 SOx 및 NOx가 배기가스로부터 제거되는 것을 특징으로 한다.
또한, 배기가스에 포함된 질소산화물 및 황산화물을 제거하기 위한 기술 중 하나로서 등록특허공보 제10-1544280호에는 배기가스가 유입되는 유입구와 정화된 가스가 유출되는 유출구를 형성하는 챔버; 상기 챔버 내에 장착되며, 미세 오존수 액적 공급부로부터 공급되는 미세 오존수 액적을 분사하여 황산화물(SOx)을 처리하는 황산화물 처리부; 상기 챔버 내에 장착되며, 환원제를 분사하여 상기 황산화물 처리부를 통과한 배기가스에 포함되는 질소산화물(NOx)을 처리하는 질소산화물 처리부;를 포함하며, 상기 황산화물 처리부로부터 분사되는 미세 오존수 액적은 물과 오존(O3)으로 분리되어, 물은 배기가스에 포함되는 황산화물(SOx)을 처리하고, 오존은 배기가스에 포함되는 일산화질소(NO)와 반응하여 이산화질소(NO2)를 생성하는 것을 특징으로 하는 미세 오존수 액적을 이용하는 배기가스 처리장치가 개시되었으며, 상기 종래기술은 고온의 배기가스가 챔버의 유입구를 통해 곧바로 유입되도록 되어 있어 100℃이하의 온도에서 효과적인 반응이 이루어지는 탈황반응의 효율이 저하되는 문제점이 있었으며, 미세 오존수 액적이 오존과 물로 분리된 후 배기가스 중 황산화물 및 질소산화물과 각각 반응하도록 되어 있어 이에 따른 반응지연으로 전체적인 처리효율이 떨어질 뿐 아니라 환원제의 재사용이 어려워 처리비용이 증가되는 문제점이 있다.
KR 10-2015-0108423 A(2015. 09. 25.) KR 10-1544280 B1(2015. 08. 06.)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 발전소나 제철소로부터 배출되는 배기가스에 오존생성기를 통해서 오존을 공급하고, 산화촉매 반응으로 배기가스 중 일산화질소와 산화제인 오존의 반응을 촉진시켜 단시간 내에 이산화질소로 변환시키며, 산화촉매를 통과한 배기가스를 습식스크러버에 공급하여 복수 개의 분사관을 통해 알칼리수용액과의 접촉에 의해서 상기 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 동시에 처리할 수 있는 제거장치를 제공하는 데 있다.
또한, 분사관을 통해 분사되는 알칼리수용액의 pH를 적절하게 유지할 수 있는 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치를 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치는 덕트를 따라 이송되는 배기가스에 오존을 공급하는 오존공급부; 오존이 혼합된 배기가스가 통과되면서 배기가스 중 일산화질소와 오존의 반응을 촉진시켜 이산화질소가 생성되게 하는 산화촉매; 상부에는 기액반응부가 구비되고 하부에는 알칼리수용액저장부가 상하 연통되게 설치되며, 상기 산화촉매를 통과한 배기가스가 상기 기액반응부의 하부 내측으로 유입되고, 유입된 배기가스가 분사되는 알칼리수용액과 접촉하여 상기 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 제거처리하는 습식스크러버; 상기 기액반응부에 알칼리수용액을 분사하는 알칼리수용액 공급부; 상기 알칼리수용액저장부로 알칼리약품을 공급하는 알칼리약품 공급부; 및 상기 알칼리수용액저장부에 저장된 알칼리수용액, 상기 알칼리수용액 공급부로부터 공급된 알칼리약품 및 물을 교반시키는 교반기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 오존공급부는 오존생성기 및 염소산이온이 저장된 염소산이온수 저장탱크를 포함하여 구성되며, 상기 오존생성기에서 생성된 오존이 상기 염소산이온수 저장탱크에 수용된 염소산이온수를 거쳐서 공급되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 습식스크러버에는 원형판에 다수의 통공이 구비되어, 상기 기액반응부로 유입된 배기가스를 내부에서 확산시켜 상승되게 유도하는 다공판이 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 덕트를 따라 이송되는 발전소나 제철소로부터의 배기가스에 대해 오존생성기에서 기체상태의 오존을 공급하고, 이후 산화촉매를 통과하도록 하여 배기가스 중 일산화질소와 산화제인 오존의 반응을 촉진시켜 단시간내에 이산화질소가 생성되게 할 수 있으며, 산화촉매를 통과한 배기가스가 습식스크러버의 기액반응부에서 알칼리수용액과 접촉하여 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 동시에 신속하게 처리할 수 있는 장점이 있다.
또한, 알칼리약품저장탱크로부터 알칼리약품을 공급받아 계속적으로 순환 공급되는 알칼리수용액이 질소산화물과 황산화물의 제거에 적합한 pH를 일정하게 유지하여 처리효율을 높이면서 처리비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치의 작동상태를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치에 적용된 오존공급부의 단면개략도.
도 4는 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치에서 오존공급부에 의해 주입되는 O3의 농도에 따른 질소화합물(NOx)의 제거효율을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치에서 습식스크러버의 기액반응부 내부에 설치되는 다공판의 사시개략도.
이하 본 발명에 따른 바람직한 구성을 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 배기가스에 오존을 공급하고 산화촉매 반응에 의해 배기가스의 일산화질소를 이산화질소로 환원시킨 후 알칼리수용액을 배기가스에 분사하는 기액반응을 통해 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 동시에 처리할 수 있는 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치의 작동상태를 도시한 개략도이다.
첨부된 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치(1)는 발전소나 제철소 등에서 화석연료의 연소에 따라 발생되는 배기가스 중 질소산화물과 황산화물을 효과적으로 동시에 제거하는 장치로서, 전체적인 구성은 덕트(10)를 따라 이송되는 배기가스에 오존을 공급하는 오존공급부(20), 산화촉매(30), 습식스크러버(40), 알칼리수용액 공급부(50), 알칼리약품공급부(60) 및 교반기(70)를 포함하여 구성된다.
상세하게는 덕트(10)에 산화제로 오존을 공급하는 오존공급부(20)와, 오존이 혼합된 배기가스가 통과되면서 배기가스 중 일산화질소와 오존의 반응을 촉진시켜 이산화질소가 생성되게 하는 산화촉매(30)와, 상부에는 기액반응부(41)가 구비되고 하부에는 알칼리수용액저장부(43)가 상하 연통되게 설치되며 상기 산화촉매(40)를 통과한 배기가스가 기액반응부(41)의 하부를 통해 내측으로 유입되어 상승되는 과정에서 기액반응부(41)의 내측 상부에 상하 다단식으로 설치되는 복수 개의 분사관(51)을 통해 알칼리수용액저장부(43)로부터 순환펌프(55)에 의해 순환공급되는 알칼리수용액을 배기가스에 분사하여 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 처리하는 습식스크러버(40)와, 상기 습식스크러버(40)의 기액반응부(41) 상부에 배출관을 통해 연결된 상태로 기액반응부(41)를 거치면서 질소산화물과 황산화물이 제거된 배기가스를 상방으로 흡입하여 배출하는 배출팬(45)과, 알칼리수용액저장부(43)에 저장된 알칼리수용액이 질소산화물과 황산화물의 제거에 적합한 pH를 일정하게 유지하도록 알칼리약품저장탱크(61)에 수용된 알칼리약품을 약품공급펌프(63)로 알칼리수용액저장부(43)에 공급하는 알칼리약품공급부(60)를 포함하여 구성된다.
상기 오존공급부(20)는 오존(O3)을 발생시키고 발생된 오존을 상기 덕트(10)에 공급하는 통상의 장치로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 각종 발전소나 제철소의 연소시 발생되어 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)을 포함하여 이송되는 배기가스의 덕트(10) 상에 오존을 공급한다.
즉, 상기 오존공급부(20)로부터 생성된 기체상태의 오존이 덕트(10)를 따라 이송되는 배기가스에 공급되어 혼합되도록 되어 있으며, 상기 오존공급부(20)에서 생성되어 상기 덕트에 공급된 오존은 산화제로 작용하면서 배기가스 중 일산화질소(NO)와 반응하여 이산화질소(NO2)를 생성하게 된다.
이 과정에서 덕트(10)에 공급된 오존(O3)은 일산화질소(NO)와의 반응시 삼산화질소(N2O3)와 오산화질소(N2O5)가 생성될 수 있다.
상기의 화학 반응식은 다음의 화학식 1과 같다.
화학식 1)
1-1) NO + O3 → NO2 + O2
1-2) 2NO + O3 → N2O3 + O2
1-3) 2NO + 2O3 → N2O5 + 3/2O2
상기에서 질소산화물(NOx)은 물에 잘 녹지 않지만, 오존과 결합된 NO2, N2O3 및 N2O5는 물에 잘 녹으며, 물과의 결합에 의해 HNO2 및 HNO3 등으로 산성화된다.
여기서, 상기 오존공급부(20)를 통해 공급되는 오존에는 염소산이온(ClO-)이 포함되도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치에 적용된 오존공급부의 단면개략도이다.
첨부된 도 3을 참조하면, 상기 오존공급부(20)는 오존생성기(21)와 염소산이온이 저장된 염소산이온수 저장탱크(23)를 포함하여 구성되며, 상기 오존생성기(21)에서 생성된 오존이 상기 염소산이온수 저장탱크(23)에 수용된 염소산이온수를 거쳐서 공급되도록 구성된다.
이때, 상기 염소산이온은 차아염산나트륨(NaClO), 아염산나트륨(NaClO2) 및 염산나트륨(NaClO3) 등으로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치에서 오존공급부에 의해 주입되는 O3의 농도에 따른 질소화합물(NOx)의 제거효율을 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 오존(O3)의 농도가 0.5mol인 경우 질소산화물(NOx) 제거효율은 약 72%로 나타났으며, 오존(O3)의 농도가 0.2mol인 경우 질소산화물(NOx) 제거효율은 약 50%로 도출되었다. 즉, 오존의 포화점은 있을 수 있으나 오존의 농도가 높을수록 질소산화물(NOx)의 제거효율이 높음을 알 수 있다.
이때, 오존(O3)의 농도를 0.2mol로 유지하면서 염소산이온인 아염산나트륨(NaClO2)을 통과한 오존은 질소산화물(NOx) 제거효율이 약 78%로 나타났다. 즉, 염소산이온을 통과한 오존은 그 농도가 낮아도 질소산화물(NOx) 제거효율이 높은 것으로 도출되었다.
이에 따라, 오존생성기(21)에서 생성된 오존이 염소산이온수를 거쳐서 공급되면, 오존의 농도를 낮출 수 있는 장점이 있다.
상기 산화촉매(30)는 오존(O3)과 질소산화물(NOx)의 반응을 촉진시키는 촉진재 역할을 수행하는 것으로서, 오존이 혼합된 배기가스가 통과되면서 배기가스 중 질소산화물과 오존의 반응을 촉진시키게 된다.
상기 산화촉매(30)에는 수많은 기공이 조밀하게 형성된 담체형태로 기공의 내주면에는 바나듐(vanadium), 제올라이트(zeolite), 백금(platinum) 및 팔라듐(palladium) 등의 각종 촉매물질이 선택적으로 코팅처리되어 있어 오존이 혼합된 배기가스가 산화촉매(30)의 기공을 통과하는 과정에서 촉매물질에 의해 반응속도가 촉진되어 단시간 내에 배기가스에 포함된 질소산화물이 오존과 반응하여 이산화질소를 생성하게 된다.
오존(O3)과 질소산화물(NOx)의 반응에는 상당한 시간이 소요되어 덕트(10)가 충분이 길어져야 하는 단점이 있으나, 상기 산화촉매(30)에 의해서 상기 덕트(10)의 길이가 상대적으로 짧게 구성될 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치의 전체적인 부피를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 습식스크러버(40)는 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 알칼리수용액을 배기가스에 분사하여 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 처리하는 기능을 수행하는 것으로서, 상부에는 기액반응부(41)가 구비되고 하부에는 알칼리수용액저장부(43)가 구비되되, 상기 기액반응부(41)와 알칼리수용액저장부(43)는 상하 연통되게 설치된다.
또한, 상기 습식스크러버(40)에는 산화촉매(30)를 통과한 배기가스가 기액반응부(41)의 하부를 통해 내측으로 유입되어 상승되게 구성되며, 그 상부에는 기액반응된 배기가스를 포집하여 배출시키는 배출팬(45)이 설치되고, 그 내측에는 다공판(47)이 설치된다.
이러한, 상기 습식스크러버(40)는 상하로 긴 타워형으로 형성된다.
이때, 상기 다공판(47)은 배기가스를 상기 기액반응부(41)의 내부에서 확산시켜 상승되게 유도하기 위한 것으로서, 도 5는 본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치에서 습식스크러버의 기액반응부 내부에 설치되는 다공판의 사시개략도를 나타낸 것이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 상기 다공판(47)에는 원형판에 다수의 통공이 구비되어 있고, 유입된 배기가스는 상기 다공판에 형성된 통공을 통해 상기 기액반응부(41)의 상부로 확산되게 된다.
즉, 상기 다공판(47)은 도 5에 도시된 바와 같이 원판 형상으로 구성되되, 다수개의 통공(H)이 전체적으로 조밀하게 천공되어 있어 기액반응부(41)의 내측 하부로부터 유입되는 배기가스가 상기 다공판(47)에 의해 그 내부에서 균일하게 확산되어 상승이동된다.
상기의 구성에서 확산되어 상승되는 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 처리하기 위한 알칼리수용액 공급부(50)가 상기 습식스크러버(40)에 설치된다.
상기 알칼리수용액 공급부(50)는 분사관(51), 분사노즐(53) 및 순환펌프(55)를 포함하여 구성된다.
상기 분사관(51)은 상기 기액반응부(41)의 내부에 상하방향으로 일정간격 이격되게 다단식으로 설치되며, 상기 분사노즐(53)은 상기 분사관(51)에 설치된다. 또한, 순환펌프(55)는 알칼리수용액 저장부(43)에 수용된 알칼리수용액을 펌핑하여 상기 분사관(51)으로 공급하게 된다.
여기서, 분사노즐(53)은 상기 분사관(51)의 상면, 하면 및 측면에 지그재그 방향으로 설치될 수 있으며, 분사되는 알칼리용액을 미스트(mist) 형태로 분사할 수 있는 미스트 분사노즐로 구성될 수 있다.
이에, 상기 순환펌프(55)에 의해서 펌핑된 알칼리용액은 분사관(51)을 통해 분사노즐(53)에 의해서 분사되고, 분사된 알칼리용액은 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물과 반응하여 각종 염으로 전환되어 처리된다.
부연하면, 상기 습식스크러버(40) 내에서 배기가스와 알칼리수용액의 반응으로 오존과 산화촉매에 의해 이산화질소, 삼산화질소 및 오산화질소 등으로 전환된 질소산화물은 물과 반응하여 아질산(HNO2)과 질산(HNO3)을 생성하고 아질산(HNO2)과 질산(HNO3) 및 이산화황(SO2) 등의 황산화물은 알칼리용액과 반응하여 질산나트륨, 황산나트륨, 질산칼슘, 황산칼슘, 질산암모늄, 황산암모늄 등의 각종 염으로 전환되어 제거처리된다.
이때, 상기 습식스크러버(40) 내에서 이루어지는 화학반응은 다음의 화학식 2와 같다.
화학식 2)
2-1) NaOH + HNO2 → NaNO2 + H2O
2-2) NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O
2-3) NaOH + SO2 → NaSO3 + H2O
즉, 배기가스와 알칼리수용액의 반응시 이산화질소 등의 질소산화물은 물과 반응하여 아질산(HNO2)과 질산(HNO3)을 생성하고, 아질산(HNO2)과 질산(HNO3) 및 황산화물은 알칼리용액과 반응하여 질산나트륨, 황산나트륨, 질산칼슘, 황산칼슘, 질산암모늄, 황산암모늄 등의 각종 염으로 전환되어 제거 처리된다.
이에, 알칼리수용액 공급부(50)는 알칼리수용액저장부(43)에 수용된 순환펌프(55)로부터 알칼리수용액을 공급받아 기액반응부(41)의 내측에 분사노즐(53)을 통해 분사하게 되고, 기액반응부(41)의 내측 상부에 분사된 알칼리수용액은 상승되는 배기가스와 접촉되어 질소산화물 및 황산화물과 반응하면서 이를 제거하게 된다. 이후, 반응생성물질과 반응에 사용되고 남은 알칼리수용액과 생성된 물(H2O)은 하부의 알칼리수용액저장부(43)로 낙하하여 저장되고, 순환펌프(55)를 통해 다시 재사용된다.
상기 알칼리수용액저장부(43)에 저장되는 알칼리수용액으로는 수산화나트륨, 탄산칼슘, 수산화칼슘, 암모니아수 등의 수용액이 사용될 수 있다.
이러한 구성에서, 상기 알칼리수용액저장부(43)에 저장되는 알칼리수용액은 기액분리에 의한 작용에 따라 점진적으로 농도가 저하되게 된다.
이에 따라, 알칼리수용액의 농도 저하를 방지하기 위해서 알칼리약품공급부(60)가 구성된다.
상기 알칼리약품공급부(60)는 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물의 제거에 적합한 알칼리수용액의 pH를 적정 수준으로 유지하기 위한 것으로서, 알칼리약품 저장탱크(61) 및 약품공급펌프(63)를 포함하여 구성되며, 설계조건에 따라서 상기 알칼리수용액저장부(43)에 수용되는 알칼리용액의 pH를 검출하는 pH 검출기가 포함될 수 있다.
상기 알칼리약품 저장탱크(61)에는 수산화나트륨, 탄산칼슘, 수산화칼슘 및 암모니아수 등의 용액상태로 된 알칼리약품이 저장된다.
도면에 도시하지 않은 pH 검출기에서 검출된 알칼리수용액저장부(43)의 pH값이 설정 값 이하로 검출되는 경우에는 약품공급펌프(63)를 구동하여 상기 알칼리약품 저장탱크(61)에 저장된 알칼리약품이 상기 알칼리수용액저장부(43)에 공급되도록 구성된다.
이때, 본 발명에서는 알칼리수용액저장부(43)에 저장된 알칼리수용액의 pH의 적정 수준은 대략 7 ~ 9 정도로 유지되게 구성될 수 있다.
여기서, 상기 알칼리수용액저장부(43)에는 기액반응에 의해 생성된 물과 상기 알칼리약품공급부(60)로부터 공급된 알칼리약품이 투입되게 된다. 이에, 상기 알칼리수용액저장부(43)에 잔존하는 알칼리수용액, 공급된 알칼리약품 및 물을 고르게 교반시키는 교반기(70)가 설치될 수 있다.
상기 교반기(70)는 모터 및 임펠러(impeller)를 포함하여 구성될 수 있으며, 설계조건에 따라 상기 모터는 정역회전이 가능한 것으로 구성될 수 있다. 즉, 정역회전이 가능한 모터를 사용함에 따라 상기 임펠러를 정회전과 역회전으로 구동시켜서 잔존하는 알칼리수용액과 공급된 알칼리수용액 및 물을 고르게 교반 혼합되도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 교반기(70)는 상기 알칼리약품공급부(60)가 구동되는 시점과 비구동 시점에 구동속도를 달리하여 운전되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 통상적인 기액반응시에는 상부로부터 낙하되는 물은 상기 알칼리수용액저장부(43)에 균일하게 낙하되므로, 상기 교반기(70)의 구동속도는 상기 알칼리수용액저장부(43)에 수용된 알칼리수용액과 낙하되는 물을 교반시킬 수 있는 정도로 회전속도를 제어하고, 상기 알칼리약품공급부(60)가 구동되는 시점에서 상기 교반기(70)의 구동속도는 수용된 알칼리수용액과 낙하되는 물뿐만 아니라 투입되는 알칼리약품을 교반시킬 수 있는 정도로 회전속도를 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 교반기(70)의 구동속도는 상기 알칼리약품공급부(60)가 비구동되는 시점보다 구동되는 시점에서 상대적으로 더 높게 운전되도록 구성될 수 있다.
이하 본 발명의 작용은 다음과 같다.
본 발명에 따른 배기가스의 질소산화물과 황산화물 제거장치(1)를 사용하여 각종 발전소나 제철소 등에서 화석연료의 연소에 따라 발생되는 배기가스 중 질소산화물과 황산화물을 효과적으로 정화처리하여 배출하고자 하는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 덕트(10)를 통해 이송되는 배기가스에 오존생성기(20)로부터 산화제로서 기체상태의 오존(O3)을 공급한다. 다음으로 덕트(10) 상에 설치된 산화촉매(30)를 통과되도록 하여 오존이 혼합된 배기가스가 산화촉매(30)의 기공을 통과하는 과정에서 바나듐 등의 촉매물질에 의해 반응속도가 촉진되어 단시간 내에 배기가스 중 일산화질소(NO)와 오존이 반응하여 이산화질소(NO2)를 생성하게 된다.
상기 산화촉매(30)를 통과한 배기가스는 습식스크러버(40)의 기액반응부(41) 하부 내측으로 유입되고, 상기 기액반응부(41)의 내측 하부에 설치된 다공판(47)에 상기 기액반응부(41) 내부에서 균일하게 확산되어 상승하게 된다.
상기 기액반응부(41)에서 상승되는 배기가스는 상기 기액반응부(41)의 내측에 구비된 분사노즐(53)로부터 분사되는 알칼리수용액과 기액접촉이 극대화되면서 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물이 제거 처리되고, 질소산화물과 황산화물이 제거처리된 배기가스는 습식스크러버(40)의 상부에 연결설치된 배출팬(45)으로 흡인되어 배출된다.
또한, 상기 기액반응부(41)에서 배기가스의 질소산화물 및 황산화물과 반응으로 생성된 염과 반응에 사용되고 남은 알칼리수용액은 하부의 알칼리수용액저장부(43)로 낙하되어 저장된다.
이때, 상기 알칼리수용액저장부(43)에 저장된 pH를 검출하되, 설정된 pH 이하인 경우에는 상기 알칼리약품공급부(60)를 구동하여 상기 알칼리수용액저장부(43)로 알칼리약품을 공급함으로써, 상기 알칼리수용액저장부(43)에 저장된 pH가 적정 수준이 유지되도록 구성된다.
본 발명에 의하면, 배기가스에 오존을 공급하고 산화촉매를 통과되도록 하여 배기가스 중 일산화질소와 산화제인 오존의 반응을 촉진시켜 단시간내에 이산화질소가 생성되게 할 수 있으며, 산화촉매를 통과한 배기가스가 습식스크러버의 기액반응부에서 알칼리수용액과 접촉하여 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 동시에 신속하게 처리할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
1. 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치
10: 덕트 20: 오존공급부
21: 오존생성기 23: 염소산이온 저장탱크
30: 산화촉매 40: 습식스크러버
41: 기액반응부 43: 알칼리수용액저장부
45: 배출팬 47: 다공판
50: 알칼리수용액 공급부 51: 분사관
53: 분사노즐 55: 순환펌프
60: 알칼리약품 공급부 61: 알칼리약품 저장탱크
63: 약품공급펌프 70: 교반기

Claims (3)

  1. 덕트(10)를 따라 이송되는 배기가스에 오존을 공급하는 오존공급부(20);
    오존이 혼합된 배기가스가 통과되면서 배기가스 중 일산화질소와 오존의 반응을 촉진시켜 이산화질소가 생성되게 하는 산화촉매(30);
    상부에는 기액반응부(41)가 구비되고 하부에는 알칼리수용액저장부(43)가 상하 연통되게 설치되며, 상기 산화촉매(30)를 통과한 배기가스가 상기 기액반응부(41)의 하부 내측으로 유입되고, 유입된 배기가스가 분사되는 알칼리수용액과 접촉하여 상기 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물을 제거처리하는 습식스크러버(40);
    상기 기액반응부(41)에 알칼리수용액을 분사하는 알칼리수용액 공급부(50);
    상기 알칼리수용액저장부(43)로 알칼리약품을 공급하는 알칼리약품 공급부(60); 및
    상기 알칼리수용액저장부(43)에 저장된 알칼리수용액, 상기 알칼리수용액 공급부(50)로부터 공급된 알칼리약품 및 물을 교반시키는 교반기(70);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 오존공급부(20)는,
    오존생성기(21); 및
    차아염산나트륨(NaClO), 아염산나트륨(NaClO2) 및 염산나트륨(NaClO3) 중에서 선택된 하나로 이루어진 염소산이온이 저장된 염소산이온수 저장탱크(23);
    를 포함하되, 상기 오존생성기(21)에서 생성된 오존이 상기 염소산이온수 저장탱크(23)에 수용된 염소산이온수를 거쳐서 공급되도록 구성되며,
    상기 산화촉매(30)는,
    기공이 형성된 담체형태로 구성되되, 상기 기공의 내주면에는 바나듐(vanadium), 제올라이트(zeolite), 백금(platinum) 및 팔라듐(palladium) 중에서 선택된 촉매물질이 코팅처리되고,
    상기 습식스크러버(40)에는,
    원형판에 다수의 통공이 구비되어, 상기 기액반응부(41)로 유입된 배기가스를 내부에서 확산시켜 상승되게 유도하는 다공판(47);
    이 설치되고,
    상기 알칼리수용액 공급부(50)는,
    상기 기액반응부(41)의 내부에 상하방향으로 일정간격 이격되게 다단식으로 설치되는 분사관(51);
    상기 분사관(51)의 상면, 하면 및 측면에 지그재그 방향으로 설치되고, 분사되는 알칼리용액을 미스트(mist) 형태로 분사하는 분사노즐(53); 및
    상기 알칼리수용액 저장부(43)에 수용된 알칼리수용액을 펌핑하여 상기 분사관(51)으로 공급하는 순환펌프(55);
    를 포함하여 구성되며,
    상기 교반기(70)의 구동속도는 상기 알칼리약품공급부(60)가 비구동되는 시점보다 구동되는 시점에서 상대적으로 더 높게 운전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배기가스의 질소산화물과 황산화물 동시 제거장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
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