KR100492475B1 - Low temperature plasma-catalysts system for VOC and odor treatment and method using thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기상의 오염가스가 유입되는 가스 유입구(2), 상기 가스 유입구(2)를 통과한 오염가스가 유입되어 플라즈마로 1차 처리하는 저온 플라즈마 반응기(4), 상기 저온 플라즈마 반응기에서 1차 처리된 가스가 배출되는 배기구(4'), 상기 배기구(4')를 통하여 배출되는 1차 처리된 가스에 세정액(20)을 분사하여 2차 처리하는 노즐(12), 상기 노즐(12)에 세정액(20)을 공급하기 위하여 세정액저장조(18)의 세정액(20)을 흡입하는 펌프(8), 상기 펌프(8)로 유입된 세정액(20)을 노즐(12)로 공급하는 배관(10), 상기 노즐(12)에서 분무되는 세정액(20) 및 상기 세정액(20)에 의하여 처리된 2차 처리가스를 통과시켜 3차 처리하는 습식촉매층(14), 상기 습식촉매층(14)으로부터 배출되는 3차 처리가스를 건식촉매층(16)으로 유도하는 경로를 제공하고 상기 습식촉매층(14)으로부터 배출되는 세정액(20)을 저장하는 세정액저장조(18), 상기 세정액저장조(18)를 통과한 3차 처리가스가 유입되어 4차 처리되는 건식촉매층(16) 및 상기 건식촉매층을 통과한 4차 처리가스를 흡입하여 가스 배출구로 배출하는 송풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 촉매 복합 처리장치에 관한 것이다.The present invention is a gas inlet (2) into which the pollutant gas in the gas phase is introduced, a low temperature plasma reactor (4) for injecting the polluted gas that has passed through the gas inlet (2) into a plasma and a primary in the low temperature plasma reactor. To the exhaust port 4 'through which the treated gas is discharged, to the nozzle 12 and the nozzle 12 for secondary treatment by injecting the cleaning liquid 20 into the primary treated gas discharged through the exhaust port 4'. A pump 8 for sucking the cleaning liquid 20 of the cleaning liquid storage tank 18 to supply the cleaning liquid 20, and a pipe 10 for supplying the cleaning liquid 20 introduced into the pump 8 to the nozzle 12. In addition, the wet catalyst layer 14 sprayed from the nozzle 12 and the second process gas treated by the cleaning liquid 20 pass through the wet catalyst layer 14 and 3 discharged from the wet catalyst layer 14. Provide a path for directing the primary process gas to the dry catalyst layer 16 and from the wet catalyst layer 14 The washing liquid storage tank 18 storing the discharged washing liquid 20, the dry catalyst layer 16 through which the processing gas passed through the washing liquid storage tank 18 flows into the fourth processing, and the fourth treatment passing through the dry catalyst layer It relates to a low-temperature plasma catalyst composite processing apparatus comprising a blower for sucking the gas and discharged to the gas outlet.
본 발명에 따르면 운용비가 경제적인 저온 플라즈마 반응기를 이용하여 다량의 플라즈마를 발생시켜 각종 휘발성 유기화합물, 악취, 냄새 및 독성 유해가스 등을 제거하고, 상기 저온 플라즈마 반응기에서 미처리된 상기 오염물질을 세정액, 습식촉매 및 건식촉매로 제거하여 청정한 공기를 제조함으로써 각종 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a large amount of plasma is generated using an economical low-temperature plasma reactor to remove various volatile organic compounds, odors, odors and toxic gases, and to clean the contaminants untreated in the low-temperature plasma reactor. By removing the wet catalyst and the dry catalyst to produce a clean air there is an effect that can reduce various environmental pollution.
Description
본 발명은 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compound) 및 악취를 제거하기 위한 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 코로나 방전에 의해 얻어지는 플라즈마를 이용하여 휘발성 유기화합물 및 악취를 처리하고, 상기 공정에서 처리되지 못한 미처리된 휘발성 유기화합물 및 악취를 촉매를 이용하여 처리하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to a volatile organic compound (Volatile Organic Compound) and a method for removing odors, and more particularly to the treatment of volatile organic compounds and odors using a plasma obtained by corona discharge, and not treated in the process The present invention relates to the treatment of untreated volatile organic compounds and odors with a catalyst.
일반적으로, 유기용매의 사용이 증가함에 따라 폐기물처리, 도장공정, 수처리 등의 각종 생산공정 및 환경산업과 같은 각종 산업공정에서는 다양한 종류의 휘발성 유기화합물 및 악취가 다량 발생한다.In general, as the use of organic solvents increases, various types of volatile organic compounds and odors are generated in various industrial processes such as waste treatment, coating process, water treatment, and various industrial processes.
종래에는 공기 속에 함유되어 있는 휘발성 유기화합물 및 악취를 제거하기 위한 기술로 다양한 종류의 물리·화학적 및 생물학적 방법들이 사용되어 왔는 바, 그 대표적인 예로는 냉각응축법, 촉매연소법, 물리·화학적 흡착법, 세정법 및 미생물을 이용한 바이오필터 등이 있다. 그러나 이러한 방법들 중에서 물리·화학적 방법은 오염가스의 제거 효율은 높지만 시설비 및 재료비, 약품비 등과 같은 조업비가 많이 소요된다. 특히 연소법의 경우 분진과 각종 유해가스(SOx, CO, NOx)를 발생시키고, 세정법의 경우 폐수를 발생시키는 등 2차 오염원이 발생하는 단점이 있다.Conventionally, various kinds of physical, chemical and biological methods have been used as a technique for removing volatile organic compounds and odors contained in air, and representative examples thereof include cooling condensation, catalytic combustion, physical and chemical adsorption, and cleaning. And biofilters using microorganisms. However, among these methods, physical and chemical methods have high removal efficiency of polluted gases, but they require high operating costs such as facility costs, material costs, and chemical costs. In particular, the combustion method generates a dust and various harmful gases (SOx, CO, NOx), in the case of the cleaning method has a disadvantage of generating a secondary pollution, such as generating waste water.
또한 종래의 생물학적 방법은 반응기 내부를 미생물막이 구비된 충전물질로 채우고 오염된 가스를 충전물질에 통과시켜 오염가스가 미생물막으로 확산되도록 함으로써 미생물에 의해 휘발성 유기화합물 또는 악취 등과 같은 오염가스가 산화분해되는 기작에 의해 정화되는 기술이다. 이 방법은 기존에 휘발성 유기화합물 및 악취를 처리하는 방법으로 이용된 물리·화학적 처리방법에 비하여 초기비용이 적게 들고 2차 오염물의 생성이 없어서 경제적이고 대용량, 저 농도로 발생되는 오염원을 정화시키는데 매우 유용한 기술로 알려졌다. 그러나, 상기 생물학적 방법은 물에 잘 용해되는 물질에 적용되고 톨루엔, 자일렌 등과 같이 물에 잘 용해되지 않는 휘발성 유기화합물을 처리하는데 한계가 있으며, 미생물 관리기술의 부족 등으로 인하여 큰 효과를 거두지 못하고 있는 실정이다.In addition, in the conventional biological method, the inside of the reactor is filled with a filling material equipped with a microbial membrane, and the contaminated gas is passed through the filling material so that the polluting gas is diffused into the microbial film, thereby oxidizing and decomposing polluting gases such as volatile organic compounds or odors by the microorganism. It is a technique that is purified by the mechanism that becomes. Compared to the physical and chemical treatment methods used to treat volatile organic compounds and odors, this method has a low initial cost and no secondary pollutants. Known as a useful technique. However, the biological method is limited to the treatment of volatile organic compounds that are applied to materials that are well soluble in water and are not well soluble in water such as toluene, xylene, etc., and are not effective due to the lack of microbial management technology. There is a situation.
전술한 문제점을 극복하기 위하여 플라즈마를 이용한 휘발성 유기화합물 및 악취처리 방법이 개발되어 왔다.In order to overcome the above problems, volatile organic compounds and odor treatment methods using plasma have been developed.
상기 플라즈마는 고체, 액체, 기체에 이어 물질의 제 4의 상태라고 불리며, 음극과 양극으로 이루어진 전극 양단에 수 천에서 수 만 볼트의 전압과 수 밀리암페어에서 수 암페어의 전류를 흘려 방전을 발생시킬 수 있으며, 전자 및 이온, 라디칼로 구성되어 이들의 화학작용으로 휘발성 유기화합물 및 악취 등과 같은 오염가스를 분해 및 산화시킨다.The plasma is called a fourth state of matter, followed by solids, liquids, and gases, and generates a discharge by flowing a voltage of several thousand to tens of thousands of volts and a few milliamps of electric current across an electrode composed of a cathode and an anode. It is composed of electrons, ions, and radicals, and their chemical reactions decompose and oxidize polluting gases such as volatile organic compounds and odors.
대한민국실용신안공보 실2000-12568호는 멀티 싸이크론형 전기집진기의 전단 싸이크론 가스출구관 내부에 비틀림 사각봉 형태의 플라즈마 방전봉을 삽입 설치하여 고전압 펄스로 플라즈마 방전봉에 포지티브 스트리머 코로나를 발생시키면, 이 반응기 속에서 라디칼 생성-산화반응-중화반응-최종생성물 생성의 방전 화학반응으로 오염가스가 정화되는 장치가 기술되어 있으며, 대한민국특허공개 특2001-0047773호는 파이프 형상의 유전체, 유전체의 외면에 도금되어 있는 외부전극, 유전체 내에 배치된 코일스프링 형상의 내부전극 및 외부전극과 내부전극간에 고주파 저전압 전원을 인가하여 유전체 내에 플라즈마를 발생시켜 폐수를 처리하는 방법이 기재되어 있고, 대한민국특허공개 특1998-0073053호는 스트리머 코로나 방전에 의한 오염가스 처리방법이 개시되어 있으며, 대한민국특허공개 특2001-0068436호는 평판형 접지전극을 이용한 코로나 플라즈마를 사용하여 휘발성 유기화합물 및 악취를 제거하는 방법이 기술되어 있다.Korea Utility Model Publication No. 2000-12568 is to install a torsion square bar type plasma discharge rod inside the shear cyclone gas outlet pipe of a multi-cyclone electrostatic precipitator to generate a positive streamer corona on the plasma discharge rod with a high voltage pulse. In this reactor, a device for purifying polluted gas by discharge chemical reaction of radical generation-oxidation reaction-neutralization-end product production is described, and Korean Patent Application Laid-Open No. 2001-0047773 discloses a pipe-shaped dielectric and an outer surface of the dielectric. Plated external electrodes, coil spring-shaped internal electrodes disposed in the dielectric, and a method of treating wastewater by generating a plasma in the dielectric by applying a high frequency low voltage power between the external electrode and the internal electrodes are disclosed. -0073053 is a method for treating polluted gas by streamer corona discharge. And it sets forth, the Republic of Korea Patent Laid-Open Patent 2001-0068436 discloses a method for removing volatile organic compounds and odor using a corona plasma using a plate-like ground electrode is described.
현재까지, 상기 플라즈마를 이용한 오염가스의 처리 방법이 많이 개발되어 왔으나, 거의 원통형 튜브 형식으로서 플라즈마 발생에 비하여 과다한 전력이 공급되어야 하며, 촉매의 충진시 에어로졸 형태의 부산물로 인해 막힘현상이 생기거나, 전기적 특성을 저하시켜 반응기의 연속운전을 방해하는 것으로 알려져 있다. Until now, a lot of methods for treating pollutant gases using plasma have been developed, but an almost cylindrical tube type has to be supplied with excessive power as compared with plasma generation, and clogging due to aerosol by-products when filling catalyst, It is known to hinder the continuous operation of the reactor by lowering the electrical properties.
특히, 저온 플라즈마의 경우, 플라즈마 반응기의 후단 배출가스는 오존을 포함하여 유해 부산물이 다소 포함하고 있기 때문에 완전히 무해한 가스로 배출되기 어려운 문제점이 있다.In particular, in the case of low-temperature plasma, since the rear exhaust gas of the plasma reactor contains some harmful by-products including ozone, it is difficult to be discharged as a completely harmless gas.
이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 대한민국실용신안등록 제0274616호는 저온 플라즈마 반응기의 후단에 금속필터 및 촉매를 설치하여 상기 저온 플라즈마 반응기로부터 배출되는 미처리된 유해 부산물을 제거하는 장치가 기술되어 있다.In order to overcome such a problem, Korean Utility Model Registration No. 0274616 describes a device for removing untreated harmful by-products discharged from the low temperature plasma reactor by installing a metal filter and a catalyst at the rear end of the low temperature plasma reactor.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 휘발성 유기화합물 및/또는 악취가스 등의 오염가스가 유입되는 플라즈마 반응기를 이용하여 오염가스를 처리하고, 상기 플라즈마 반응기에서 처리되지 못하고 배출되는 미처리된 오염가스를 습식촉매 및 건식촉매를 사용하여 처리함으로써 청정공기를 제조하는 것을 기술적 과제로 하고 있다. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the contaminated gas is treated using a plasma reactor into which contaminated gases, such as volatile organic compounds and / or odor gases, are introduced, and are not treated in the plasma reactor, and are not treated. The technical problem is to prepare clean air by treating the polluted gas with a wet catalyst and a dry catalyst.
또한, 본 발명은 상기 플라즈마 반응기, 습식촉매 및 건식촉매를 포함하는 플라즈마 촉매 처리장치를 제공한다. In addition, the present invention provides a plasma catalyst treatment apparatus including the plasma reactor, a wet catalyst and a dry catalyst.
한가지 관점에서, 본 발명은 기상의 오염가스가 유입되는 가스 유입구, 상기 가스 유입구를 통과한 오염가스가 유입되어 플라즈마로 1차 처리하는 저온 플라즈마 반응기, 상기 저온 플라즈마 반응기에서 1차 처리된 가스가 배출되는 배기구, 상기 배기구를 통하여 배출되는 1차 처리된 가스에 세정액을 분사하여 2차 처리하는 노즐, 상기 노즐에 세정액을 공급하기 위하여 세정액저장조의 세정액을 흡입하는 펌프, 상기 펌프로 유입된 세정액을 노즐로 공급하는 배관, 상기 노즐에서 분무되는 세정액 및 상기 세정액에 의하여 처리된 2차 처리가스를 통과시켜 3차 처리하는 습식촉매층, 상기 습식촉매층으로부터 배출되는 3차 처리가스를 건식촉매층으로 유도하는 경로를 제공하고 상기 습식촉매층으로부터 배출되는 세정액을 저장하는 세정액저장조, 상기 세정액저장조를 통과한 3차 처리가스가 유입되어 4차 처리되는 건식촉매층 및 상기 건식촉매층을 통과한 4차 처리가스를 흡입하여 가스 배출구로 배출하는 송풍기를 포함하는 저온 플라즈마 촉매 복합 처리장치를 특징으로 한다.In one aspect, the present invention is a gas inlet through which the pollutant gas in the gas phase is introduced, a low temperature plasma reactor in which the pollutant gas passing through the gas inlet is introduced into the plasma and the first treated gas is discharged from the low temperature plasma reactor. A nozzle for injecting a cleaning liquid into the first treated gas discharged through the exhaust port, and a second treatment, a pump for sucking the cleaning liquid from the cleaning liquid storage tank to supply the cleaning liquid to the nozzle, and a cleaning liquid introduced into the pump. Route to guide the third process gas discharged from the wet catalyst layer and the wet catalyst layer to be subjected to the third process by passing through the piping to be supplied to the nozzle, the cleaning liquid sprayed from the nozzle and the second processing gas treated by the cleaning liquid. A washing liquid storage tank for providing and storing the washing liquid discharged from the wet catalyst layer; Characterized in that the low temperature plasma catalyst complex processing apparatus including a dry catalyst layer flows through the cleaning liquid storage tank and the fourth processing gas and a blower that sucks the fourth processing gas passed through the dry catalyst layer and discharges it to the gas outlet. do.
또 다른 관점에서, 본 발명은 오염가스를 플라즈마 반응기로 유입시키고, 상기 플라즈마 반응기로 유입된 오염가스를 플라즈마 반응을 통하여 분해시켜 1차 처리하고, 상기 플라즈마 반응기로부터 배출되는 1차 처리가스에 세정액을 분사하여 상기 1차 처리가스에 잔존하는 수용성 오염물질을 제거하여 2차 처리하고, 상기 수용성 오염물질이 제거된 2차 처리가스를 습식촉매층을 통과시켜 3차 처리하고, 상기 습식촉매층을 통과한 3차 처리가스를 건식촉매층으로 통과시켜 4차 처리하는 것을 포함하는 오염가스 처리방법을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention is a contaminated gas is introduced into the plasma reactor, the contaminated gas introduced into the plasma reactor is first processed by decomposing through the plasma reaction, and the cleaning solution to the first processing gas discharged from the plasma reactor Spraying to remove the water-soluble contaminants remaining in the primary treatment gas and to carry out the second treatment. The secondary treatment gas from which the water-soluble contaminants have been removed is subjected to a third treatment by passing through a wet catalyst layer, and then passed through the wet catalyst layer. Characterized in that the pollutant gas treatment method comprising the fourth treatment by passing the primary treatment gas through the dry catalyst layer.
본 발명에 따른 플라즈마 반응기의 내부에서 발생하는 저온 플라즈마는 분뇨 처리장 등에서 발생하는 악취가스 중에서 고압의 전기방전을 행하면 방전에 의해 발생된 전자가 악취가스의 분자와 충돌하여 가스분자의 외곽 전자 상태가 변화되고, 이에 따라 반응성이 높은 라디칼(둘 이상의 원자단으로서 전기를 띈 것, 예를 들면, OH, COOH, CHO 등), 여기 분자 및/또는 이온 등이 양 또는 음으로 하전되어 전기적으로 중성상태에 놓이는 가스이다.In the low temperature plasma generated in the plasma reactor according to the present invention, when a high-pressure electric discharge is performed among odorous gases generated in a manure treatment plant or the like, electrons generated by the discharge collide with molecules of the odorous gas to change the outer electron state of the gas molecules. Whereby highly reactive radicals (eg, powered by two or more atomic groups, for example, OH, COOH, CHO, etc.), excitation molecules and / or ions, etc., are positively or negatively charged and placed in an electrically neutral state. Gas.
일반적으로 저온 플라즈마를 형성하는 방전에는 전극사이에 상승시간(rise time)이 수십 ns이고, 지속 시간이 약 1㎲ 이하인 펄스 고전압을 인가하면 스트리머(streamer) 방전이 일어나 플라즈마가 형성되는 펄스 스트리머 방전, 공극이 수 nm인 평행 전극 사이에 절연물을 끼워 넣고 교류 고전압을 인가하면 펄스상의 방전이 발생하는 무성방전, 입경이 수 nm 정도인 세라믹 페레트의 충진물 양측에 금속망의 전극을 설치하고 이것에 교류 고전압을 발생시키는 부분 방전, 마지막으로 불평등 전류 중에서 발생하는 것으로 그 근방에서 연보라색으로 발하는 코로나 방전이 있다.In general, a pulse streamer in which a plasma is formed when a pulse high voltage having a rise time of several tens ns and a duration of about 1 ms or less is applied to a discharge that forms a low temperature plasma. A metal mesh electrode is installed on both sides of the filling of a ceramic ferret having a particle diameter of several nm when an insulating material is sandwiched between parallel electrodes having a few nm of discharge and voids, and an AC high voltage is applied. There is a partial discharge that generates an alternating current high voltage, and lastly, an unbalanced current that generates a corona discharge in the vicinity of light purple.
이에, 본 발명에 따른 저온 플라즈마는 상기 코로나 방전을 이용하는 것으로서, 낮은 인가 전압으로도 곡률 반경이 작은 전극 주변에 집중적으로 형성되는 높은 전기장에 의해 방전이 시작된다.Therefore, the low temperature plasma according to the present invention uses the corona discharge, and the discharge is started by a high electric field that is concentrated around the electrode having a small radius of curvature even at a low applied voltage.
한편, 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 및 악취 등의 오염가스를 제거하기 위한 저온 플라즈마 반응기는 용도에 따라 다수개 설치되어 사용될 수 있으며, 상기 저온 플라즈마 반응기의 형태로는 통상 저온 플라즈마 반응기로 사용되는 것, 예를 들면, 전극이 다층 평판으로 구성된 것 또는 원통형 튜브형 구조로 된 것 등이라면 어느 것을 사용하여도 무방하나, 바람직하게는 다층 평판으로 구성된 전극을 사용하는 저온 플라즈마 반응기가 좋다. Meanwhile, a plurality of low temperature plasma reactors for removing contaminant gases such as volatile organic compounds and odors according to the present invention may be installed and used according to a purpose. The low temperature plasma reactor may be used as a low temperature plasma reactor. For example, as long as the electrode is composed of a multi-layered plate or a cylindrical tubular structure, any one may be used. Preferably, a low-temperature plasma reactor using an electrode composed of a multi-layered plate is preferable.
상기 저온 플라즈마 반응기로 유입되는 오염가스가 휘발성 유기화합물 중 방향족탄화수소를 포함하는 경우에는 플라즈마 반응기를 거치면서 필연적으로 발생되는 에어로졸 형태의 부산물을 여과하기 위해 상기 저온 플라즈마 반응기의 후단에 습식촉매층 및 건식촉매층을 구비한다. 아울러, 상기 습식촉매층의 상단에는 상기 저온 플라즈마 반응기로부터 배출되는 1차 처리된 가스에 포함되어 있는 수용성 물질을 제거하기 위하여 세정액을 분무해주는 노즐이 구비되어 상기 1차 처리된 가스에 포함되어 있는 수용성 오염가스를 제거한다.When the pollutant gas flowing into the low temperature plasma reactor contains aromatic hydrocarbons among volatile organic compounds, a wet catalyst layer and a dry catalyst layer are formed at the rear end of the low temperature plasma reactor to filter by-products of aerosol type which are inevitably generated while passing through the plasma reactor. It is provided. In addition, the upper end of the wet catalyst layer is provided with a nozzle for spraying the cleaning liquid to remove the water-soluble material contained in the primary treated gas discharged from the low-temperature plasma reactor water-soluble contamination contained in the primary treated gas Remove the gas.
상기 습식촉매층 및 건식촉매층에 사용되는 촉매는 입상형태로 사용되며, 사용가능한 물질로는 금속 산화물 계통으로서 MnO2, CoO3, a-Fe2O3, SnO3, ZnO, CuO, TiO2 등이 있으며, 철화합물로서 α-Fe2O3, α-FeOOH, β-FeOOH 등이 있으며, Pd, Ru, Ni, Pt, Au, Ag 등의 산화촉매를 활성탄, 제올라이트 또는 이와 유사한 복합 산화물 담체에 함침하여 사용할 수 있다.The catalysts used in the wet catalyst layer and the dry catalyst layer are used in the form of granules, and the usable materials include metal oxides such as MnO 2 , CoO 3 , a-Fe 2 O 3 , SnO 3 , ZnO, CuO, TiO 2, and the like. As iron compounds, α-Fe 2 O 3 , α-FeOOH, β-FeOOH, and the like, and an oxidation catalyst such as Pd, Ru, Ni, Pt, Au, Ag, and the like, are impregnated with activated carbon, zeolite, or similar composite oxide carrier. Can be used.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 및 악취 등의 오염가스를 처리하기 위한 저온 플라즈마 촉매 복합 처리장치의 일양태를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of a low-temperature plasma catalyst complex processing apparatus for treating contaminated gas, such as volatile organic compounds and odor according to the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 오염가스를 처리하기 위한 공정도, 도 2는 본 발명에 따른 저온 플라즈마 촉매 복합 처리장치의 구성도로서 함께 설명한다.1 is a process chart for treating the polluted gas according to the present invention, Figure 2 is described as a configuration diagram of a low-temperature plasma catalyst complex processing apparatus according to the present invention.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 저온 플라즈마 촉매 복합처리장치는 기상의 오염가스가 유입되는 가스 유입구(2), 상기 가스 유입구(2)를 통과한 오염가스가 유입되어 플라즈마로 1차 처리하는 저온 플라즈마 반응기(4), 상기 저온 플라즈마 반응기(4)에서 1차 처리된 가스가 배출되는 배기구(4'), 상기 배기구(4')를 통하여 배출되는 1차 처리된 가스에 세정액(20)을 분사하여 2차 처리하는 노즐(12), 상기 노즐(12)에 세정액(20)을 공급하기 위하여 세정액저장조(18)의 세정액(20)을 흡입하는 펌프(8), 상기 세정액(20)에 의하여 2차 처리된 가스를 통과시켜 3차 처리하는 습식촉매층(14) 및 상기 습식촉매층(14)을 통과하며 3차 처리된 가스가 유입되어 4차 처리되는 건식촉매층(16) 및 상기 건식촉매층(16)을 통과한 4차 처리가스를 흡입하여 가스 배출구(26)로 배출하는 송풍기(24)로 구성되어 있다.As shown in Figure 1 and 2, the low temperature plasma catalyst composite processing apparatus according to the present invention is a gas inlet (2) through which the pollutant gas in the gas phase, the pollutant gas passing through the gas inlet (2) is introduced into the plasma To the low temperature plasma reactor 4 for primary treatment, an exhaust port 4 'through which the primary gas is discharged from the low temperature plasma reactor 4, and a primary gas discharged through the exhaust port 4'. A nozzle 12 for spraying the cleaning liquid 20 and performing secondary treatment, a pump 8 for sucking the cleaning liquid 20 of the cleaning liquid storage tank 18 to supply the cleaning liquid 20 to the nozzle 12, and the cleaning liquid. A wet catalyst layer 14 which passes through the gas secondaryly treated by 20 and tertiaryly processes the dry catalyst layer 16 which passes through the wet catalyst layer 14 and undergoes tertiary treatment of gas, and undergoes a fourth treatment; Intake of the fourth treatment gas passed through the dry catalyst layer 16 to the gas outlet (2) It consists of the blower 24 discharged | emitted by 6).
상기 저온 플라즈마 반응기(2)는 막대 모양의 전극들로 구성되어 있으며, 각각의 전극은 화학적 또는 열적으로 안정한 보호 틀로 둘러 싸여져 있고 높은 자기장과 접하게 된다. 한편, 상기 전극은 5kV 내지 20kV에 이르는 교류전압을 수십 내지 수만 Hz의 특정 주파수로 공급는 전원공급장치(6)와 연결되고, 상기 전원공급장치(6)는 반응기와 임피던스 매칭(Impedance matching)을 위해 그 전원장치와 저온 플라즈마 반응기(4) 사이에는 인덕턴트 및 충전회로가 설치되도록 구성된다.The low temperature plasma reactor 2 consists of rod-shaped electrodes, each of which is surrounded by a chemically or thermally stable protective framework and encounters a high magnetic field. On the other hand, the electrode is connected to the power supply 6 for supplying an alternating voltage of 5kV to 20kV at a specific frequency of several tens to tens of thousands of Hz, and the power supply 6 is connected to the reactor for impedance matching. An inductor and a charging circuit are provided between the power supply device and the low temperature plasma reactor 4.
한편, 오염가스는 휘발성 유기화합물 및/또는 악취물질로서, 상기 가스 유입구(2)로 혼입된 후 일련의 관을 통하여 두 방향으로 나뉘고 상기 양 방향의 종단에 연결설치된 각각의 저온 플라즈마 반응기(4)로 혼입된다. 여기서, 상기 저온 플라즈마 반응기(4)는 용량 및 효율에 따라 적어도 하나 이상 설치할 수 있으며, 필요에 따라서 상기 가스 유입구(2)와 저온 플라즈마 반응기(4)의 사이에 에어필터를 설치하여 상기 저온 플라즈마 반응기(4) 내부로 혼입되는 오염가스를 여과함으로서 최적의 플라즈마 발생을 유도할 수 있다.On the other hand, the pollutant gas is a volatile organic compound and / or odorous substance, each of which is mixed into the gas inlet (2) and divided into two directions through a series of pipes and connected to the ends of the two directions, respectively. It is incorporated into. Here, the low temperature plasma reactor (4) may be installed at least one or more according to the capacity and efficiency, if necessary, by installing an air filter between the gas inlet (2) and the low temperature plasma reactor (4) the low temperature plasma reactor (4) Optimum plasma generation can be induced by filtering the contaminated gas mixed inside.
상기 저온 플라즈마 반응기(4)를 통과하며 1차 처리된 가스에 존재하는 수용성 오염물질을 제거하기 위하여 세정액(20)을 분무하는 노즐(12)이 상기 저온 플라즈마 반응기(4)와 습식촉매층(14) 사이에 구비되며, 후술하는 세정액저장조(18)의 바닥면에 저장되어 있는 세정액(20)을 펌프(8)로 흡입한 후 상기 펌프(8)의 일측에 연결설치된 배관(10)을 통하여 노즐(12)로 공급하게 된다. 이때, 상기 노즐(12)로 유입되는 세정액(20)은 통상의 환경처리 시스템에 사용되는 세정액(20)을 사용한다.The nozzle 12 spraying the cleaning liquid 20 to remove the water-soluble contaminants present in the primary treated gas through the low temperature plasma reactor 4 is the low temperature plasma reactor 4 and the wet catalyst layer 14. The suction liquid 20 is provided between the suction liquid 20 stored in the bottom surface of the cleaning liquid storage tank 18 to be described later with the pump 8 and the nozzle (10) through the pipe 10 connected to one side of the pump (8) 12). At this time, the cleaning liquid 20 flowing into the nozzle 12 uses a cleaning liquid 20 used in a conventional environmental treatment system.
한편, 상기 노즐(12)의 하단으로 일정간격으로 하여 습식촉매층(14)이 구비되어 있는데, 상기 습식촉매층(14)의 하단으로 세정액저장조(18)가 구비되고 상기 세정액저장조(18) 및 습식촉매층(14)의 경계면에 다수 개의 제 1구멍(22)을 구비한 벽이 설치되어 습식촉매층(14)의 촉매입자가 세정액저장조(18)로 유입되는 것을 방지하고, 상기 노즐(12)에서 분무되는 세정액(20) 및 습식촉매층(14)을 통과하며 처리된 3차 처리가스의 이동로를 제공한다. 그러므로, 상기 제 1 구멍(22)의 직경은 습식촉매층(14)의 촉매입자의 직경에 비하여 작아야 하며 운전시간에 따른 압력강하를 고려하여 그 크기가 결정될 수 있다.On the other hand, the lower end of the nozzle 12 is provided with a wet catalyst layer 14, the cleaning liquid storage tank 18 is provided at the lower end of the wet catalyst layer 14, the cleaning liquid storage tank 18 and the wet catalyst layer. A wall having a plurality of first holes 22 is provided at the interface of 14 to prevent the catalyst particles of the wet catalyst layer 14 from flowing into the cleaning liquid storage tank 18 and sprayed from the nozzle 12. Passing through the cleaning liquid 20 and the wet catalyst layer 14 provides a flow path of the treated third process gas. Therefore, the diameter of the first hole 22 should be smaller than the diameter of the catalyst particles of the wet catalyst layer 14 and its size can be determined in consideration of the pressure drop according to the operation time.
전술한 습식촉매층(14)의 하단에 설치되는 세정액저장조(18)는 상기 습식촉매층(14) 및 건식촉매층(16)과 경계를 이루고 있으며, 그 바닥면으로부터 일정 높이까지 세정액(20)이 저장되어 있고, 상기 세정액(20)을 노즐(12)로 순환시키기 위하여 펌프(8)와 연결설치된 관이 세정액저장조(18)의 저면에 설치되어 있다. 또한, 그 저면의 일측으로는 세정액(20)을 외부로 배출할 수 있도록 세정액 배출구(28)가 설치되어 있다.The cleaning solution storage tank 18 installed at the lower end of the above-described wet catalyst layer 14 forms a boundary with the wet catalyst layer 14 and the dry catalyst layer 16, and the cleaning solution 20 is stored to a predetermined height from the bottom surface thereof. In order to circulate the cleaning liquid 20 to the nozzle 12, a pipe connected to the pump 8 is provided on the bottom surface of the cleaning liquid storage tank 18. In addition, one side of the bottom face is provided with a cleaning liquid discharge port 28 so that the cleaning liquid 20 can be discharged to the outside.
한편, 상기 세정액저장조(18)의 상단 일측에 습식촉매층(14)과 이웃하도록 건식촉매층(16)이 구비되며 상기 경계면에 다수 개의 제 2 구멍(22')이 구비된 벽이 설치되어 상기 습식촉매층(14), 세정액저장조(18)를 순차적으로 통과한 3차 처리가스가 혼입되도록 하고, 상기 건식촉매층(16)의 상단으로는 상기 건식촉매층(16)을 통과하며 처리된 4차 처리가스를 흡입하여 외부로 배출하는 송풍기(24) 및 가스 배출구(26)가 구비되어 있다.On the other hand, the dry catalyst layer 16 is provided on the upper side of the cleaning liquid storage tank 18 so as to be adjacent to the wet catalyst layer 14, the wall is provided with a plurality of second holes (22 ') at the interface is the wet catalyst layer 14, the third treatment gas sequentially passed through the washing liquid storage tank 18 is mixed, and the fourth treatment gas passing through the dry catalyst layer 16 is sucked into the upper portion of the dry catalyst layer 16. The blower 24 and the gas outlet 26 for discharging to the outside is provided.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 저온 플라즈마 촉매 복합 처리장치의 작동기작을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the low-temperature plasma catalyst complex processing apparatus according to the present invention having the above-described configuration in detail as follows.
가스 유입구(2)로 오염된 가스가 유입되고, 상기 가스 유입구(2)로 유입된 오염가스가 저온 플라즈마 반응기(4)를 통과하면서 분해되어 1차 처리되며, 최종 무해한 가스를 배출하기 위하여 상기 저온 플라즈마 반응기(4)에 의하여 처리된 1차 처리가스에 노즐(12)을 사용하여 세정액(20)을 분무하여 2차 처리하고, 상기 세정액에 의하여 처리된 2차 처리가스를 습식촉매층(14)을 통과시켜 산화시킴으로써 3차 처리하고, 상기 습식촉매층(14)의 의하여 처리된 3차 처리가스를 건식촉매층(16)으로 유도하여 통과시킴으로써 4차 처리하며, 상기 4차 처리가스를 송풍기(24)를 이용하여 가스 배출구(26)로 배출하게 된다.The contaminated gas is introduced into the gas inlet 2, and the contaminated gas introduced into the gas inlet 2 is decomposed and firstly processed while passing through the low temperature plasma reactor 4, and the low temperature is discharged to discharge the last harmless gas. The secondary treatment gas was sprayed on the primary treatment gas treated by the plasma reactor 4 by using the nozzle 12, and the second treatment gas treated by the cleaning liquid was subjected to the wet catalyst layer 14. Tertiary treatment by passing through and oxidizing, and tertiary treatment by passing the tertiary treatment gas treated by the wet catalyst layer 14 to the dry catalyst layer 16, passing the fourth treatment gas to the blower 24 It is discharged to the gas outlet 26 by using.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저온 플라즈마 촉매 복합 처리장치의 가스 유입구(2)로 휘발성 유기화합물 및/또는 악취를 포함하는 오염가스가 유입되어 상기 저온 플라즈마 반응기(4)로 혼입되면, 상기 전원공급장치에 전원을 공급하여 플라즈마 반응기에 코로나 방전을 유도하여 상기 혼입된 오염가스를 1차 처리한 후 저온 플라즈마 반응기(4)의 일측에 설치된 배기구(4')를 통하여 배출한다.As described above, when the pollutant gas containing the volatile organic compound and / or odor is introduced into the gas inlet 2 of the low temperature plasma catalyst complex processing apparatus according to the present invention and mixed into the low temperature plasma reactor 4, the power source By supplying power to the supply device to induce a corona discharge to the plasma reactor, the mixed polluted gas is first treated, and then discharged through an exhaust port 4 'installed at one side of the low temperature plasma reactor 4.
상기 저온 플라즈마 반응기(4)의 배기구(4')로 배출되는 1차 처리가스는 노즐(12)을 지나 하단으로 유동하는데, 이때, 상기 세정액(12)이 노즐(12)로부터 분무되어 상기 1차 처리가스에 잔존하는 수용성 오염물질 및 분진 등을 제거한다.The primary processing gas discharged to the exhaust port 4 ′ of the low temperature plasma reactor 4 flows through the nozzle 12 to the bottom, whereby the cleaning liquid 12 is sprayed from the nozzle 12 to the primary. Removes water-soluble contaminants and dust remaining in the process gas.
그 다음, 상기 세정액(20)에 의하여 수용성 오염물질 및 분진이 제거된 2차 처리가스는 상기 노즐(12)의 하단에 구비된 습식촉매층(14)으로 이동하여 상기 2차 처리가스에 잔존하는 미반응한 오염물을 산화시켜 3차 처리가스를 생성한다.Subsequently, the secondary processing gas from which the water-soluble contaminants and dusts are removed by the cleaning liquid 20 moves to the wet catalyst layer 14 provided at the lower end of the nozzle 12 and remains in the secondary processing gas. The reacted contaminants are oxidized to produce a tertiary treatment gas.
한편, 상기 3차 처리가스는 세정액(20)과 함께 상기 습식촉매층(14) 하단에 구비된 다수개의 제 1 구멍(22)을 통과하여 이동하는데, 상기 제 1구멍(22)을 통과한 세정액(20)은 세정액저장조(18)의 저면으로 수집된 후 펌프(8)로 흡입되어 배관(10)을 통하여 노즐(12)로 이송되고, 상기 3차 처리가스는 세정액저장조(18)의 상단부를 통과한 후 다수개의 제 2구멍(22')을 통과하여 건식촉매층(16)으로 유입된다.Meanwhile, the tertiary treatment gas moves along with the cleaning liquid 20 through a plurality of first holes 22 provided at the lower end of the wet catalyst layer 14, and the cleaning liquid passing through the first hole 22 ( 20 is collected at the bottom of the washing liquid storage tank 18 and is sucked by the pump 8 to be transferred to the nozzle 12 through the pipe 10, the third process gas passes through the upper end of the washing liquid storage tank 18. After that, it passes through the plurality of second holes 22 'and flows into the dry catalyst layer 16.
상기 건식촉매층(16)으로 유입된 3차 처리가스는 상기 3차 처리가스에 잔존하는 오염물질을 환원시켜 최종적인 무해한 가스로 처리시키는데, 이를 본 발명에서는 4차 처리가스라 한다.The tertiary treatment gas introduced into the dry catalyst layer 16 reduces contaminants remaining in the tertiary treatment gas to be treated as a final harmless gas, which is referred to as a fourth treatment gas in the present invention.
전술한 무해한 가스인 4차 처리가스는 건식촉매층(16)의 상단에 구비된 송풍기(24)로 인하여 가스 배출구(26)로 배출된다.The fourth process gas, which is the above-mentioned harmless gas, is discharged to the gas outlet 26 due to the blower 24 provided at the upper end of the dry catalyst layer 16.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention in detail and are not intended to limit the scope of the present invention by these examples.
<실시예 ><Example>
도 2에 도시된 바와 같이 저온 플라즈마 반응기(2)[140W×700L×310H, Up-to-date, Swiss], 1.07㎥이 부피를 갖는 습식촉매층(14), 1.07㎥이 부피를 갖는 건식촉매층(16) 및 송풍기(24) 등을 포함하는 저온 플라즈마 촉매 복합 처리장치를 구성한 후 상기 습식촉매층(14) 및 건식촉매층(16)에 촉매를 충진하고, 세정액저장조(18)에 세정액을 적당량 채웠다.As shown in FIG. 2, the low-temperature plasma reactor 2 [140W × 700L × 310H, Up-to-date, Swiss], a wet catalyst layer 14 having a volume of 1.07 m 3, and a dry catalyst layer having a volume of 1.07 m 3 ( After the low temperature plasma catalyst composite processing apparatus including the 16) and the blower 24 and the like was formed, the wet catalyst layer 14 and the dry catalyst layer 16 were filled with the catalyst, and the cleaning liquid storage tank 18 was filled with the appropriate amount of the cleaning liquid.
그 다음, 오염가스로 황화수소 200ppm을 250m3/min의 속도로 오염가스 유입구(2)로 주입시키고 저온 플라즈마 반응기(2)의 전원공급장치(6)에 전원을 인가하여 플라즈마의 전압을 11kV로 고정하고, 전류를 150mA로부터 380mA로 조정하며 상기 저온 플라즈마 반응기(2)의 내부에 코로나 방전을 유발시켰다.Then, 200 ppm hydrogen sulfide is injected into the pollutant gas inlet 2 at a rate of 250 m 3 / min as the pollutant gas, and the power supply device 6 of the low temperature plasma reactor 2 is supplied with a fixed voltage of 11 kV. The current was adjusted from 150 mA to 380 mA, causing a corona discharge inside the low temperature plasma reactor 2.
그 다음, 세정액저장조(18)에 저장되어 있는 세정액을 펌프(8)를 사용하여 노즐(12)로 순환시키고, 초기 황화수소의 농도 및 가스 배출구로 배출되는 처리가스의 농도를 질량 분석계[Mass spectra, HIDEN Dynamic Mass]로 측정하였다.Then, the cleaning liquid stored in the cleaning liquid storage tank 18 is circulated to the nozzle 12 using the pump 8, and the concentration of the initial hydrogen sulfide and the concentration of the processing gas discharged to the gas outlet are measured using a mass spectrometer. HIDEN Dynamic Mass].
그 결과를 280mA의 전류에서 초기 황화수소 농도 200ppm의 99.8%가 제거되는 것을 알 수 있었다.As a result, it was found that 99.8% of the initial hydrogen sulfide concentration of 200 ppm was removed at a current of 280 mA.
<비교실시예>Comparative Example
도 2에 도시된 저온 플라즈마 반응기[140W×700L×310H, Up-to-date, Swiss]에 황화수소 200ppm을 250m3/min의 속도로 주입한 후 플라즈마 반응기(2)의 전원공급장치(6)에 전원을 인가하여 플라즈마의 전압을 11kV로 고정하고, 전류를 150mA로부터 380mA로 조정하며 상기 저온 플라즈마 반응기(2)의 내부에 코로나 방전을 유발시켰다.After injecting 200 ppm of hydrogen sulfide at a rate of 250 m 3 / min into the low temperature plasma reactor [140W × 700L × 310H, Up-to-date, Swiss] shown in FIG. 2, the power supply device 6 of the plasma reactor 2 was supplied. The power was applied to fix the voltage of the plasma at 11 kV, adjust the current from 150 mA to 380 mA, and cause a corona discharge inside the low temperature plasma reactor 2.
그 다음, 초기 황화수소 농도 및 저온 플라즈마 반응기로부터 배출되는 처리가스의 농도를 질량 분석계[Mass spectra, HIDEN Dynamic Mass]로 측정하였다.Then, the initial hydrogen sulfide concentration and the concentration of the processing gas discharged from the low temperature plasma reactor were measured by a mass spectrometer [Mass spectra, HIDEN Dynamic Mass].
그 결과, 280mA의 전류에서 초기 황화수소 농도의 70%가 처리되었다.As a result, 70% of the initial hydrogen sulfide concentration was treated at a current of 280 mA.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As described above, those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, the exemplary embodiments described above are to be understood as illustrative in all respects and not as restrictive. The scope of the present invention should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the appended claims and their equivalents, rather than the detailed description, are included in the scope of the present invention.
본 발명은 운용비가 경제적인 저온 플라즈마 반응기를 이용하여 다량의 플라즈마를 발생시켜 각종 휘발성 유기화합물, 악취, 냄새 및 독성 유해가스 등을 제거하고, 상기 저온 플라즈마 반응기에서 미처리된 상기 오염물질을 세정액, 습식촉매 및 건식촉매로 제거하여 청정한 공기를 제조함으로써 각종 환경오염을 현격히 줄일 수 있는 효과가 있다.The present invention generates a large amount of plasma using an economical low-cost plasma reactor to remove various volatile organic compounds, odors, odors, toxic and harmful gases, and to clean the contaminants untreated in the low-temperature plasma reactor, liquid, wet By removing the catalyst and dry catalyst to produce a clean air there is an effect that can significantly reduce various environmental pollution.
또한, 본 발명은 세정액, 습식촉매 및 건식촉매를 하나의 장치로 하여 저온 플라즈마 반응기에서 미처리된 오염물질을 제거하기 때문에 수용성 또는 난용성 오염가스에 따른 장치의 변형을 필요로 하지 않을 뿐만 아니라 습식촉매 및 건식촉매를 이용하여 산화 및 환원을 동시에 꾀함으로써 난 분해성의 유독가스도 처리할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention removes untreated contaminants from the low-temperature plasma reactor using the cleaning liquid, the wet catalyst, and the dry catalyst as one device, and thus does not require the modification of the device according to the water-soluble or poorly soluble contaminated gas, and the wet catalyst. And by using a dry catalyst to oxidize and reduce at the same time there is an effect that can be treated to toxic decomposable toxic gases.
도 1은 본 발명에 따른 오염가스를 처리하기 위한 공정도,1 is a process chart for treating the polluting gas according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 저온 플라즈마 촉매 복합 처리장치의 구성도,2 is a block diagram of a low-temperature plasma catalyst composite processing apparatus according to the present invention,
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
2 : 가스 유입구 4 : 저온 플라즈마 반응기2: gas inlet 4: low temperature plasma reactor
4' : 배기구 6 : 전원공급장치4 ': exhaust port 6: power supply
8 : 펌프 10 : 배관8: pump 10: piping
12 : 노즐 14 : 습식촉매층12 nozzle 14 wet catalyst layer
16 : 건식촉매층 18 : 세정액저장조16: dry catalyst layer 18: washing liquid storage tank
20 : 세정액 22 : 제 1 구멍20: cleaning liquid 22: first hole
22' : 제 2 구멍 24 : 송풍기22 ': 2nd hole 24: blower
26 : 가스 배출구 28 : 세정액 배출구 26 gas outlet 28 cleaning liquid outlet
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