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KR101257047B1 - 배기가스 처리 장치 - Google Patents

배기가스 처리 장치 Download PDF

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KR101257047B1
KR101257047B1 KR1020110029301A KR20110029301A KR101257047B1 KR 101257047 B1 KR101257047 B1 KR 101257047B1 KR 1020110029301 A KR1020110029301 A KR 1020110029301A KR 20110029301 A KR20110029301 A KR 20110029301A KR 101257047 B1 KR101257047 B1 KR 101257047B1
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KR
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desulfurizer
activated carbon
denitrifier
outlet
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KR1020110029301A
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송창병
류성윤
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현대제철 주식회사
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Publication date
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Abstract

배기가스 처리 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 활성탄을 이용하여 배기가스로부터 황산화물(SOX)을 제거하는 탈황기, 활성탄 및 환원제를 이용하여 배기가스로부터 질소산화물(NOX)을 제거하는 탈질기, 배기가스 내에 잔존하는 황산화물과 환원제의 반응에 의해 생성되는 반응 생성물을 가열하는 가열기, 및 반응 생성물에 물을 분사하는 분사기를 포함하는 배기가스 처리 장치가 제공된다.

Description

배기가스 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING EXHAUST GAS}
본 발명은 배기가스 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 배기가스로부터 황산화물 및 질소산화물을 제거하기 위한 배기가스 처리 장치에 관한 것이다.
제철 공정 중의 소결 공정에서는 소결배가스 등과 같은 배기가스가 생성될 수 있으며, 이러한 배기가스에는 황산화물(SOX) 및 질소산화물(NOX)이 함유되어 있다.
따라서 배기가스는 이러한 황산화물과 질소산화물이 제거된 뒤, 대기 중으로 배출될 필요가 있으며, 이를 위해서 배기가스 처리 장치가 이용될 수 있다.
배기가스 처리 장치는 다양한 반응에 의해 황산화물 및 질소산화물을 제거할 수 있다. 그리고 이와 같이 황산화물 또는 질소산화물의 제거를 위한 다양한 반응에 따라 반응 생성물이 형성될 수 있다.
본 실시예는, 배기가스로부터 황산화물 및 질소산화물을 제거하기 위한 반응에 따라 생성되는 반응 생성물을 제거할 수 있는 배가가스 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 활성탄을 이용하여 배기가스로부터 황산화물(SOX)을 제거하는 탈황기, 활성탄 및 환원제를 이용하여, 탈황기를 통과한 배기가스로부터 질소산화물(NOX)을 제거하는 탈질기, 탈황기를 통과한 배기가스 내에 잔존하는 황산화물과 환원제의 반응에 의해 생성되는 반응 생성물을 가열하는 가열기, 및 반응 생성물에 물을 분사하는 분사기를 포함하는 배기가스 처리 장치가 제공된다.
가열기는 발열체를 포함할 수 있다.
분사기는 물을 분사하는 분사 노즐을 포함할 수 있다.
탈질기는 탈황기의 상측에 배치되고, 활성탄은 탈질기의 상부로 투입되어 탈황기의 하부로 배출되며, 탈질기와 탈황기를 순환할 수 있다.
탈황기는 활성탄이 투입 및 배출되는 제1 투입구와 제1 배출구가 형성된 제1 반응조를 포함하며, 배기가스는 제1 배출구로 유입되어 제1 투입구로 유출될 수 있다.
탈황기는, 배기가스가 제1 배출구로 유입 가능하도록 제1 배출구 측에 제1 반응조와 이격되게 배치되며, 활성탄이 하부로 배출 가능하도록 제1 관통홀이 형성된 제1 호퍼를 더 포함할 수 있다.
제1 호퍼는 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 감소될 수 있다.
탈질기는 활성탄이 투입 및 배출되는 제2 투입구와 제2 배출구가 형성된 제2 반응조를 포함하며, 배기가스는 제2 배출구로 유입되어 제2 투입구로 유출될 수 있다.
탈질기는, 배기가스 및 환원제가 제2 배출구로 유입 가능하도록 제2 배출구 측에 제2 반응조와 이격되게 배치되며, 활성탄이 하부로 배출 가능하도록 제2 관통홀이 형성된 제2 호퍼를 더 포함할 수 있다.
제2 호퍼는 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 감소될 수 있다.
황산화물은 활성탄에 흡착되어 배기가스로부터 제거될 수 있다.
질소산화물은 활성탄을 촉매로 하는 환원 반응에 의해 배기가스로부터 제거될 수 있다.
환원제는 암모니아(NH3)를 포함하는 물질로 이루어지고, 반응 생성물은 황산암모늄((NH4)2SO4) 및 황산수소암모늄(NH4HSO4) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
물은 증기 상태를 가질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 배기가스로부터 황산화물 및 질소산화물을 제거하기 위한 반응에 따라 생성되는 반응 생성물을 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 장치의 일부분을 나타낸 도면.
본 발명에 따른 배기가스 처리 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 장치(100)를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이 활성탄(10) 및 환원제(30)를 이용하여 배기가스(20) 내의 황산화물(SOX)과 질소산화물(NOX)을 처리하기 위한 배기가스 처리 장치(100)로서, 처리조(110), 탈황기(120), 탈질기(130), 가열기(140), 및 분사기(150)를 포함하는 배기가스 처리 장치(100)가 제시된다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 가열기(140) 및 분사기(150)를 이용하여 반응 생성물에 열을 가함과 동시에 수분을 공급함으로써, 황산화물 또는 질소산화물의 제거를 위한 반응에 따라 생성되는 반응 생성물을 보다 용이하게 제거할 수 있다.
배기가스(20)가 탈황기(120)를 통과한 후 배기가스(20) 내에 잔존하는 황산화물과, 질소산화물의 제거를 위한 환원제(30), 예를 들어 암모니아(NH3)와의 반응에 의해 반응 생성물, 예를 들어 황산암모늄((NH4)2SO4), 황산수소암모늄(NH4HSO4) 등이 생성될 수 있으며, 이러한 반응 생성물은 탈질기(130) 내부 및 탈질기(130) 내부에 충전되는 활성탄(10) 입자 사이에 부착되어, 활성탄(10)을 고착화시킬 수 있다.
이와 같이 반응 생성물에 의해 활성탄(10)이 고착화되는 경우, 탈황기(120)와 탈질기(130) 내에서 활성탄(10)의 유동이 불가능하게 되어, 배기가스 처리 장치(100)가 제 기능을 발휘하기 어렵게 된다.
이에 대해 본 실시예의 경우, 탈질기(130) 내부에 가열기(140)를 설치하여 탈질기(130) 및 그 내부에 부착된 반응 생성물을 가열함과 동시에, 탈질기(130) 내부에 분사기(150)를 설치하여 반응 생성물에 수분을 공급함으로써, 반응 생성물을 분해하고 용해시킬 수 있으므로, 별도의 인력 소요 없이 보다 효과적으로 반응 생성물의 제거가 가능하게 된다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시예에 따른 배기가스 처리 장치(100)의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
처리조(110)에는 도 1에 도시된 바와 같이 탈황기(120) 및 탈질기(130)가 마련될 수 있으며, 활성탄 투입로(111), 활성탄 배출로(112), 배기가스 유입로(113), 배기가스 배출로(114), 및 환원제 유입로(115)가 각각 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 탈질기(130)는 탈황기(120)의 상측에 배치될 수 있으며, 활성탄(10)은 탈질기(130) 상부의 활성탄 투입로(111)를 통해 투입되어 탈질기(130)를 거쳐 탈황기(120) 하부의 활성탄 배출로(112)를 통해 배출될 수 있으며, 이러한 활성탄(10)은 탈질기(130)와 탈황기(120)를 연속적으로 순환할 수 있다.
그리고 도 1에 도시된 바와 같이 배기가스(20)는 처리조(110)의 측면 하부에 형성된 배기가스 유입로(113)를 통해 유입되어 탈황기(120)를 통과하게 되고, 이후 배기가스(20)는 환원제 유입로(115)를 통해 유입되는 환원제(30)와 혼합되고 탈질기(130)를 거쳐 배기가스 배출로(114)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
본 실시예의 경우, 탈황기(120)와 탈질기(130)는 처리조(110)의 일부분으로서 처리조(110)와 일체로 형성되는 경우를 일 예로서 제시하고 있으나, 이와는 달리 탈황기(120) 및 탈질기(130)가 처리조(110)와는 별도의 구성으로 형성된 후 처리조(110) 내부에 설치될 수도 있음은 물론이다.
탈황기(120)는, 활성탄(10)을 이용하여 배기가스(20)로부터 황산화물을 제거할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 탈황기(120) 내부에는 활성탄(10)이 충전될 수 있으며, 배기가스(20)에 함유된 황산화물은 이러한 활성탄(10)에 흡착됨으로써 배기가스(20)로부터 제거될 수 있다.
탈황기(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 투입구(123)와 제1 배출구(124)가 형성된 제1 반응조(121)와 제1 호퍼(122)로 구성될 수 있다.
활성탄(10)은 제1 반응조(121)의 상부에 형성된 제1 투입구(123)를 통해 탈질기(130)로부터 투입될 수 있으며, 제1 반응조(121)의 하부에 형성된 제1 배출구(124)를 통해 탈황기(120) 하부의 활성탄 배출로(112)로 배출될 수 있다. 이 경우 제1 반응조(121)에는 복수의 제1 배출구(124)가 형성될 수 있으며, 이러한 제1 배출구(124)는 하부로 갈수록 단면적이 감소하는 형상을 가질 수 있다.
제1 호퍼(122)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 배출구(124) 측에 제1 반응조(121)와 이격되게 배치되며, 제1 호퍼(122)의 하부에는 제1 반응조(121) 내의 활성탄(10)이 탈황기(120) 하부로 배출 가능하도록 제1 관통홀(125)이 형성될 수 있다. 그리고 제1 호퍼(122)는 제1 반응조(121)에 형성된 복수의 제1 배출구(124)를 각각 커버하도록 복수로 설치될 수 있다.
제1 호퍼(122)는 제1 반응조(121)와 이격되도록 배치되므로, 도 1의 a와 같이 배기가스(20)는 제1 반응조(121)와 제1 호퍼(122) 사이의 이격 공간을 통해 제1 배출구(124)로 유입됨으로써 도 1의 b와 같이 제1 반응조(121)의 내부로 유입될 수 있다. 제1 반응조(121) 내부로 유입된 배기가스(20) 중 황산화물은 활성탄(10)의 표면 및 기공에 흡착됨으로써 배기가스(20)로부터 제거될 수 있다.
제1 호퍼(122)는 상술한 제1 배출구(124)의 형상과 대응되도록 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 감소하는 형상을 가질 수 있으며, 이러한 제1 호퍼(122) 하부의 중앙에 제1 관통홀(125)이 형성됨으로써 활성탄(10)이 탈황기(120) 외부로 배출될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 장치(100)의 일부분을 나타낸 도면이다.
탈질기(130)는 활성탄(10) 및 환원제(30)를 이용하여 배기가스(20)로부터 질소산화물을 제거할 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 탈질기(130) 내부에는 활성탄(10)이 충전될 수 있으며, 배기가스(20)에 함유된 질소산화물은 이러한 활성탄(10)의 촉매 작용에 의해 환원제(30)와 환원 반응을 일으킴으로써 배기가스(20)로부터 제거될 수 있다.
본 실시예의 경우, 예를 들어 암모니아가 환원제(30)로 이용될 수 있으며, 따라서 황산화물과 암모니아의 반응에 의해 황산암모늄((NH4)2SO4), 황산수소암모늄(NH4HSO4) 등과 같은 황산암모늄 염이 반응 생성물로서 생성될 수 있다.
탈질기(130)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 탈황기(120)와 유사하게 제2 투입구(133)와 제2 배출구(134)가 형성된 제2 반응조(131)와 제2 호퍼(132)로 구성될 수 있다.
활성탄(10)은 제2 반응조(131)의 상부에 형성된 제2 투입구(133)를 통해 활성탄 투입로(111)로부터 투입될 수 있으며, 제2 반응조(131)의 하부에 형성된 제2 배출구(134)를 통해 탈황기(120)로 배출될 수 있다. 이 경우 제2 반응조(131)에는 복수의 제2 배출구(134)가 형성될 수 있으며, 이러한 제2 배출구(134)는 하부로 갈수록 단면적이 감소하는 형상을 가질 수 있다.
제2 호퍼(132)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제2 배출구(134) 측에 제2 반응조(131)와 이격되게 배치되며, 제2 호퍼(132)의 하부에는 제2 반응조(131) 내의 활성탄(10)이 탈황기(120)로 배출 가능하도록 제2 관통홀(135)이 형성될 수 있다. 그리고 제2 호퍼(132)는 제2 반응조(131)에 형성된 복수의 제2 배출구(134)를 각각 커버하도록 복수로 설치될 수 있다.
제2 호퍼(132)는 제2 반응조(131)와 이격되도록 배치되므로, 도 1 및 도 2의 c와 같이 배기가스(20)와 환원제(30)는 제2 반응조(131)와 제2 호퍼(132) 사이의 이격 공간을 통해 제2 배출구(134)로 유입됨으로써 도 1 및 도 2의 d와 같이 제2 반응조(131)의 내부로 유입될 수 있다. 제2 반응조(131) 내부로 유입된 배기가스(20) 중 질소산화물은 활성탄(10)의 촉매 작용에 의해 환원제(30)와 환원 반응을 일으킴으로써 배기가스(20)로부터 제거될 수 있다.
제2 호퍼(132)는 상술한 제2 배출구(134)의 형상과 대응되도록 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 감소하는 형상을 가질 수 있으며, 이러한 제2 호퍼(132) 하부의 중앙에 제2 관통홀(135)이 형성됨으로써 활성탄(10)이 탈황기(120)의 제1 투입구(123) 측으로 배출될 수 있다.
한편, 도 1의 b와 같이 탈황기(120)를 통과한 배기가스(20) 내에는 황산화물이 잔존할 수 있으며, 이러한 황산화물이 환원제(30), 예를 들어 암모니아와 반응을 일으킴으로써 반응 생성물, 예를 들어 황산암모늄, 황산수소암모늄이 생성될 수 있으며, 이러한 반응 생성물은 탈질기(130)의 내부 및 탈질기(130) 내부에 존재하는 활성탄(10)에 부착되어 활성탄(10)을 고착시킬 수 있다.
가열기(140)는 이와 같이 배기가스(20) 내에 잔존하는 황산화물과 환원제(30)의 반응에 의해 생성되어 탈질기(130)에 부착되는 반응 생성물을 가열함으로써 이를 분해시킬 수 있다. 이러한 가열기(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 탈질기(130) 표면, 보다 구체적으로 제2 호퍼(132)의 표면에 설치되는 발열체로 구성될 수 있다.
반응 생성물 중 황산암모늄의 경우, 섭씨 235 내지 280도에서 분해되는 성질을 가지고 있으며, 황산수소암모늄의 경우, 섭씨 147도의 융점을 가지므로, 상술한 바와 같이 가열기(140)를 탈질기(130)에 설치하여 이들 반응 생성물을 상기 분해 온도 및 융점 이상으로 가열함으로써 반응 생성물의 효과적인 제거가 가능하게 된다.
그리고 분사기(150)는 이러한 반응 생성물에 물을 분사하여 반응 생성물을 용해시킴으로써 제거할 수 있다. 이러한 분사기(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 탈질기(130)를 향해 물을 분사하는 분사 노즐로 구성될 수 있다.
반응 생성물 중 황산암모늄, 황산수소암모늄 모두, 수용성 물질로서 온도에 따라 용해도가 증가하는 성질을 가지며, 이 중 황산암모늄의 경우 물 100ml에 대하여 섭씨 0도에서 70.6g, 섭씨 100도에서 103.3g 용해되는 성질을 가지고 있다.
이 경우, 물은 고온, 고압의 증기 상태로 탈질기(130)에 분사될 수 있다. 상술한 바와 같이 반응 생성물은 온도에 따라 용해도가 증가될 수 있으므로, 이와 같이 고온, 고압의 증기 상태(예를 들어, 섭씨 158도, 5kg/cm2)를 갖는 물을 탈질기(130)에 분사함으로써, 보다 효과적으로 탈질기(130) 내부 및 탈질기(130) 내부에 존재하는 활성탄(10)에 부착된 반응 생성물을 제거할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 활성탄
20: 배기가스
30: 환원제
100: 배기가스 처리 장치
110: 처리조
111: 활성탄 투입로
112: 활성탄 배출로
113: 배기가스 유입로
114: 배기가스 배출로
115: 환원제 유입로
120: 탈황기
121: 제1 반응조
122: 제1 호퍼
123: 제1 투입구
124: 제1 배출구
125: 제1 관통홀
130: 탈질기
131: 제2 반응조
132: 제2 호퍼
133: 제2 투입구
134: 제2 배출구
135: 제2 관통홀
140: 가열기
150: 분사기

Claims (14)

  1. 활성탄을 이용하여 배기가스로부터 황산화물(SOX)을 제거하는 탈황기;
    상기 활성탄 및 환원제를 이용하여, 상기 탈황기를 통과한 상기 배기가스로부터 질소산화물(NOX)을 제거하는 탈질기;
    상기 탈황기를 통과한 상기 배기가스 내에 잔존하는 상기 황산화물과 상기 환원제의 반응에 의해 생성되는 반응 생성물을 가열하는 가열기; 및
    상기 반응 생성물에 물을 분사하는 분사기를 포함하는 배기가스 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열기는 발열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분사기는 상기 물을 분사하는 분사 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탈질기는 상기 탈황기의 상측에 배치되며,
    상기 활성탄은 상기 탈질기의 상부로 투입되어 상기 탈질기를 거쳐 상기 탈황기로 공급되고,
    상기 탈질기로부터 상기 탈황기로 공급되는 상기 활성탄은 상기 탈황기의 상부로 투입되어 상기 탈황기를 거쳐 상기 탈황기의 하부로 배출되며,
    상기 활성탄은 상기 탈질기와 상기 탈황기를 순환하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 탈황기는 제1 투입구와 제1 배출구가 형성된 제1 반응조를 포함하고,
    상기 탈질기로부터 상기 탈황기로 공급되는 상기 활성탄은 상기 제1 투입구로 투입되어 상기 제1 배출구로 배출되며,
    상기 배기가스는 상기 제1 배출구로 유입되고 상기 제1 투입구로 유출되어 상기 탈질기로 공급되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탈황기는, 상기 배기가스가 상기 제1 배출구로 유입 가능하도록 상기 제1 배출구 측에 상기 제1 반응조와 이격되게 배치되며, 상기 활성탄이 하부로 배출 가능하도록 제1 관통홀이 형성된 제1 호퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 호퍼는 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 감소되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 탈질기는 제2 투입구와 제2 배출구가 형성된 제2 반응조를 포함하고,
    상기 활성탄은 상기 제2 투입구로 투입되고 상기 제2 배출구로 배출되어 상기 탈황기로 공급되며,
    상기 탈황기로부터 상기 탈질기로 공급되는 상기 배기가스는 상기 제2 배출구로 유입되어 상기 제2 투입구로 유출되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탈질기는, 상기 배기가스 및 상기 환원제가 상기 제2 배출구로 유입 가능하도록 상기 제2 배출구 측에 상기 제2 반응조와 이격되게 배치되며, 상기 활성탄이 하부로 배출 가능하도록 제2 관통홀이 형성된 제2 호퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 호퍼는 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 감소되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 황산화물은 상기 활성탄에 흡착되어 상기 배기가스로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 질소산화물은 상기 활성탄을 촉매로 하는 환원 반응에 의해 상기 배기가스로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 환원제는 암모니아(NH3)를 포함하는 물질로 이루어지고,
    상기 반응 생성물은 황산암모늄((NH4)2SO4) 및 황산수소암모늄(NH4HSO4) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 물은 증기 상태를 갖는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
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