KR20260020004A - 질소 산화물 저감 시스템 및 이를 이용한 저감 방법 - Google Patents

질소 산화물 저감 시스템 및 이를 이용한 저감 방법

Info

Publication number
KR20260020004A
KR20260020004A KR1020240141643A KR20240141643A KR20260020004A KR 20260020004 A KR20260020004 A KR 20260020004A KR 1020240141643 A KR1020240141643 A KR 1020240141643A KR 20240141643 A KR20240141643 A KR 20240141643A KR 20260020004 A KR20260020004 A KR 20260020004A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ozone
supplied
reducing agent
nitrogen oxide
nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020240141643A
Other languages
English (en)
Inventor
강호준
노유성
신정우
이성문
윤등기
이현찬
조동현
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Publication of KR20260020004A publication Critical patent/KR20260020004A/ko
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/54—Nitrogen compounds
    • B01D53/56—Nitrogen oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D47/00—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
    • B01D47/02—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent by passing the gas or air or vapour over or through a liquid bath
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/346—Controlling the process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/10—Oxidants
    • B01D2251/104—Ozone
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B01D2257/402—Dinitrogen oxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B01D2257/404—Nitrogen oxides other than dinitrogen oxide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

일 실시예에 따른 질소 산화물 저감 시스템은, 질소 산화물을 포함하는 가스를 공급하는 인입부, 상기 공급되는 질소 산화물의 몰수 대비 공급되는 오존의 몰수 비가 1 이상이 되도록, 상기 오존을 포함하는 가스를 공급하는 오존 공급부, 상기 공급되는 질소 산화물의 몰수 대비 공급되는 환원제의 몰수 비가 최소화되도록, 상기 환원제를 포함하는 용액을 공급하는 환원제 공급부, 상기 질소 산화물, 상기 오존, 및 상기 환원제의 반응이 진행되는 챔버로서, 상기 반응에 의한 반응물을 배출하는 스크러버, 및 상기 스크러버에서 배출한 상기 반응물을 전달받아 외부로 배출하는 배출부를 포함할 수 있다.

Description

질소 산화물 저감 시스템 및 이를 이용한 저감 방법{NITROGEN OXIDE REDUCTION SYSTEM AND REDUCTION METHOD USING THE SAME}
본 개시는 질소 산화물 저감 시스템 및 이를 이용한 저감 방법에 관한 것이다.
질소 산화물은 여러 가지 형태가 존재하나, 대기 오염 물질로서 존재하는 것은 주로 무색, 무취의 기체로서 물에 흡수되지 않는 일산화질소(N0)와, 적갈색의 맹독성 기체로 자극성 냄새를 가지는 이산화질소(NO2)이다. 이산화질소(NO2)는 인체에 매우 해로운 것으로 알려져 있다.
질소 산화물은 대기 오염에 상당한 영향을 미치고 있는 바, 대기로 방출하기 전에, 질소 산화물의 농도를 낮추는 처리 시설이 필요하다. 질소 산화물의 처리 방법 중 기존에 이용되는 오존과 환원제를 이용한 처리법을 살펴보면, 먼저, 산화제를 사용하여 일산화질소(N0)를 이산화질소(NO2)로 산화시키고, 그 후 환원제를 이용하여 이산화질소(NO2)를 질소(N2)로 환원시킴으로써 진행된다.
다만, 종래 질소 산화물 처리 방법은, 제거 효율이 약 70% 미만의 수준이며, 과량의 환원제를 이용함에 따라 비용 측면에서도 효율이 낮다는 문제가 있다.
본 개시의 실시예들은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 공급되는 질소 산화물의 몰수를 이용하여, 질소 산화물의 제거 효율을 최적화하기 위한 오존 및 환원제의 필요량을 계산하고, 필요량만큼 오존 및 환원제를 자동으로 공급함으로써, 환원제의 사용량을 최소화하면서, 질소 산화물의 배출량을 현저히 감소시키는, 질소 산화물 저감 시스템 및 이를 이용한 저감 방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 질소 산화물 저감 시스템은, 질소 산화물을 포함하는 가스를 공급하는 인입부, 상기 공급되는 질소 산화물의 몰수 대비 공급되는 오존의 몰수 비가 1 이상이 되도록, 상기 오존을 포함하는 가스를 공급하는 오존 공급부, 상기 공급되는 질소 산화물의 몰수 대비 공급되는 환원제의 몰수 비가 최소화되도록, 상기 환원제를 포함하는 용액을 공급하는 환원제 공급부, 상기 질소 산화물, 상기 오존, 및 상기 환원제의 반응이 진행되는 챔버로서, 상기 반응에 의한 반응물을 배출하는 스크러버, 및 상기 스크러버에서 배출한 상기 반응물을 전달받아 외부로 배출하는 배출부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 질소 산화물 저감 방법은, 질소 산화물을 포함하는 가스를 공급하는 단계, 오존 공급부가, 상기 공급되는 질소 산화물의 몰수 대비 공급되는 오존의 몰수 비가 1 이상인, 상기 오존을 포함하는 가스를 공급하는 단계, 환원제 공급부가, 상기 공급되는 질소 산화물의 몰수 대비 공급되는 환원제의 몰수 비가 최소화된, 상기 환원제를 포함하는 용액을 공급하는 단계, 상기 오존이 상기 질소 산화물을 제거하는 단계, 및 상기 환원제가 잔존하는 오존을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 질소 산화물의 농도에 따라, 질소 산화물 처리에 필요한 오존 및 환원제의 필요량을 계산하여 이를 자동으로 공급함으로써, 환원제의 사용량 및 공기 중으로 배출되는 오존량을 최소화하면서, 질소 산화물의 처리 효율을 95% 이상으로 달성할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 질소 산화물 저감 시스템을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 8은 일 실시예에 따른 질소 산화물 저감 시스템에 의한 효과를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 11은 일 실시예에 따른 질소 산화물 저감 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 12 내지 도 18은 일 실시예에 따른 질소 산화물 저감 시스템의 효과를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 개시는 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우만이 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우만이 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
종래 질소 산화물을 처리하는 방법은, NH3-SCR, H2-SCR, SNCR, 액체금속 처리 방법이 있으며, 그 밖에도 오존과 환원제를 이용하는 등의 다양한 질소 산화물 처리 방법들이 있다. 이 중 오존과 환원제를 이용하는 기존 처리 방법은, 질소 산화물을 오존(O3)과 접촉시켜, 오염 공기 내 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로 산화시키면서 진행된다. 산화가 종료된 후, 환원제를 이용하여 이산화질소(NO2)를 질소(N2)로 환원시킬 수 있다.
다만, 종래 방법은 질소 산화물을 처리하는 스크러버가 1 대이며, 여기에 오존과 환원제를 이용한 처리법을 적용하여야 하기 때문에, 질소 산화물의 제거 효율이 70% 미만의 수준에 불과하였다. 특히, 이산화질소(NO2)를 환원시키기 위하여 다량의 환원제가 필요하며 이산화질소(NO2) 환원을 위한 환원제가 오존과도 반응하여, 낮은 처리효율에 많은 비용이 든다는 단점이 있다.
본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)은, 종래 기술의 문제를 개선하기 위한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시의 일 실시예에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10) 및 이를 이용한 질소 산화물 저감 방법을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상 수치 데이터는 실제 운전되고 있는 설비에서 파일럿 테스트를 통해 획득한 데이터이다.
질소 산화물(nitrogen oxides, NXOy)은, 산소(O)와 질소(N)의 2원 화합물 또는 이러한 화합물의 혼합물을 의미하는 것으로, 일산화질소(N0)와, 이산화질소(NO2), 삼산화질소(NO3), 산화질소(N2O) 등을 포함한다.
본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)에서 제거하고자 하는 질소 산화물이 되는 대상은, 일산화질소(N0) 및 이산화질소(NO2)를 목적으로 하는 것으로, 이하에서는 질소 산화물을 NOX로 표시하도록 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 질소 산화물 저감 시스템을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)은, 질소 산화물(NOX)을 포함하는 가스(NG)를 공급하는 인입부(100), 공급되는 질소 산화물(NOX) 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)가 1 이상이 되도록, 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)를 공급하는 오존 공급부(200), 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 환원제의 몰수(mol) 비(환원제/NOX)가 최소화되도록, 환원제를 포함하는 용액(R)을 공급하는 환원제 공급부(300), 질소 산화물(NOX), 오존(O3), 및 환원제의 반응이 진행되는 챔버로서, 상기 반응에 의한 반응물(S)을 배출하는 스크러버(400), 및 스크러버(400)에서 배출한 반응물(S)을 전달받아 외부로 배출하는 배출부(500)를 포함할 수 있다.
반응물(S)은, 질소 산화물(NOX)과 오존(O3)이 제거된 상태로 배출될 수 있으며 질소 산화물(NOX)를 더 많이 처리하기 위해 오존(O3)을 더 많이 공급할수록 반응물(S)에 포함된 오존(O3)은 더 많을 것이다. 후공정에 환원제 공급 혹은 오존처리시설을 추가한다면 질소 산화물(NOX)과 오존(O3) 모두 제거할 수 있다.
인입부(100)에서 공급하는 가스(NG)는, 대기 오염 물질인 일산화질소(N0)와, 이산화질소(NO2) 등의 질소 산화물(NOX)을 포함하는 배기 가스일 수 있다.
본 개시에서는, 상기의 배기 가스를, 질소 산화물(NOX)을 포함하는 가스(NG)라고 지칭하며, 가스(NG)에 질소 산화물(NOX) 외에 다른 불순물이 포함될 수 있음은 물론이다.
오존 공급부(200)에서 공급하는 가스(OG)에는 오존(O3)이 포함되어 있다. 여기서의 오존(O3)은 별도의 오존 발생기를 이용하여 발생된 오존(O3)을 이용할 수 있다. 오존 공급부(200)는 오존(O3)을 공급하는 것을 목적으로 한다.
다만, 오존(O3) 만을 독립하여 공급할 수 없는 바, 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)를 공급하는 것이며, 가스(OG)에는 오존(O3) 외 다른 기체 성분이 포함될 수 있다.
오존 공급부(200)는, 공급되는 질소 산화물(NOX) 중에서 일산화질소(NO) 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)가 1 이상이 되도록 공급할 수 있으며, 공급되는 일산화질소(NO) 혹은 질소산화물(NOx) 중에 선택하여, 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)를 공급할 수 있다.
환원제 공급부(300)는 환원제를 공급하는 것을 목적으로 한다. 환원제는, 환원제를 용매에 용해시켜, 환원제를 포함하는 용액(R)의 형태로 공급할 수 있다.
인입부(100)에서 공급된 질소 산화물(NOX) 중, 일산화질소(N0)와, 이산화질소(NO2)는, 충분한 양의 오존(O3)과 반응하여, 삼산화질소(NO3), 오산화이질소 (N2O5) 등으로 전환되며, 물(H20)이 존재하는 경우, 질산 이온(NO3 -)으로 변하게 된다.
먼저, 일산화질소(N0)가 오존(O3)과 반응하여 이산화질소(NO2), 삼산화질소(NO3) 등으로 변하고, 이산화질소(NO2)가 오존(O3), 삼산화질소(NO3)과 반응하여, 오산화이질소(N2O5)가 되며, 이것이 물(H2O)과 반응하여 질산 이온(NO3 -)이 된다. 이에, 반응물(S)에 잔존하는 일산화질소(N0)는 거의 없고, 이산화질소(NO2) 역시 거의 없거나, 최소한만 남게 된다.
상기의 반응은, 질소 산화물(NOX) 중에 일산화질소(NO) 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)가 1 이상일 때 진행되는 것이며, 원활한 반응을 위해 오존(O3)을 더 공급할수록, 배출되는 가스에 미반응 오존(O3)이 더 포함되어 있을 수 있다. 실제 현장 여건을 고려하여 오존(O3)은 O3/NO 가 2 이상 O3/NOx 가 1 이상이 되도록 공급하면 높은 처리효율을 얻을 수 있다.
질소 산화물(NOX) 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)가 1 이라는 것은, 상기의 몰수 비에 100을 곱한 값, 즉, O3/NOX의 공급 비율(O3/NOX Supply Ratio)이 100% 임을 의미한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 오존 공급부(200)는, 스크러버(400)를 향하여 이동하는 질소 산화물(NOX)을 포함하는 가스(NG)가 이동하는 경로 상에, 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)가 공급되도록 할 수 있다. 이에 따라, 질소 산화물(NOX)은 오존(O3)과 먼저 반응할 수 있다.
오존 공급부(200)에서 공급된 오존(O3)은, 1 차적으로 질소 산화물(NOX)과 반응하여 제거되고, 잔존하는 오존(O3)은 스크러버(400) 내로 공급된 환원제와 2차적으로 반응하여 제거된다.
환원제 공급부(300)는, 스크러버(400)로 환원제를 포함하는 용액(R)을 공급할 수 있다.
이에 따라, 환원제는 스크러버(400) 내에 잔존하는 오존(O3)을 제거할 수 있다. 또한, 환원제는 질산 이온(NO3 -)으로 변환되지 않은 이산화질소(NO2)를 질소(N2)로 변환시킬 수도 있다. 즉, 환원제는 잔존하는 오존(O3)을 처리하는 것을 주 목적으로 하나, 스크러버(400)내에 잔존하는 이산화질소(NO2)와 반응하여, 이산화질소(NO2)를 제거할 수도 있다.
환원제 공급부(300)는, 잔존하는 오존(O3)을 처리하는 것을 주 목적으로 하는 바, 공급하는 환원제의 양 자체를 최소화할 수 있다. 이에, 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)을 이용하는 경우, 고가의 환원제의 사용량을 줄여, 비용 측면에서 효율을 높일 수 있으며, 필요한 경우, 95% 이상의 높은 처리 효율을 얻을 수 있다.
이는, 종래 방법에서, 이산화질소(NO2)를 환원시키기 위하여 다량의 환원제를 이용하나, 70% 이하의 처리 효율을 가지는 것과 차이가 있다.
본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)은, 처리해야 하는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol)에 따라, 오존 공급부(200)에서 공급하는 오존(O3)의 몰수(mol) 및 환원제 공급부(300)에서 공급하는 환원제의 몰수(mol)를 자동으로 계산을 하고, 계산된 값에 따라, 각각에 필요한 유량이 공급된다는 점에 특징이 있다. 오존(O3)의 몰수(mol), 환원제의 몰수(mol)는 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol)에 따라 상이한 값을 가지도록 자동 계산될 수 있다.
구체적으로는, 오존 공급부(200)는, 공급되는 질소 산화물(NOX) 혹은 일산화질소(NO) 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비를 설정하여, 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)를 공급할 수 있다. 구체적으로는, 운전자가 미리 설정한 공급비에 따라 O3/NO 비가 1 이상이 되도록, 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)를 공급해야 하며, 이는 아래의 [수식 1]을 통하여 설명하도록 한다.
환원제 공급부(300)는, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 환원제의 몰수(mol) 비(환원제/NOX)가 최소화되도록, 환원제를 포함하는 용액(R)을 공급할 수 있다. 이 또한, 운전자가 미리 설정한 공급비에 따라 상기의 몰수 비가 최소화되도록, 환원제를 포함하는 용액(R)을 공급할 수 있으며, 이는 아래의 [수식 1]을 통하여 설명하도록 한다. 바람직하게는, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 환원제의 몰수(mol) 비(환원제/NOX)는 1 이하가 되도록 할 수 있다.
다만, 질소산화물(NOX)의 처리 효율을 고려하여, 오존(O3)은 O3/NO 가 2 이상 O3/NOx 가 1 이상이 되도록 공급하면 높은 처리효율을 얻을 수 있다.
여기서, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol)란, 인입부(100)에서 공급되는 질소 산화물(NOX)을 포함하는 가스(NG)에 포함된 일산화질소(N0)와, 이산화질소(NO2)의 몰수(mol)를 의미한다.
즉, 공급되는 오존(O3)의 공급비(몰비)는 공급 기준이 일산화질소(N0)의 몰수(mol) 일 수 있고, 일산화질소(N0)와 이산화질소(NO2)를 모두 포함한 몰수(mol)가 될 수도 있다. 이는 운전자가 사전에 선택할 수 있다.
스크러버(400) 내에서는, 질소 산화물(NOX), 오존(O3), 및 환원제의 반응이 진행된다. 본 개시에서의 환원제는 아황산나트륨(Na2SO3)을 포함할 수 있다.
질소 산화물(NOX)이 처리되는 반응식은 아래 [반응식 1]과 같다.
[반응식 1]
(1)
NO(g) + O3(g) → NO2(g)
NO2(g) + O3(g) → NO3(g) + O2(g)
NO2(g) + NO3(g) → N2O5(g)
N2O5(g) + H20(l) → 2HNO3(l)
2HNO3(l) → 2H+ + 2NO3 -(l)
(2)
O3(g) + Na2SO3(l) → Na2SO4 + O2(g)
2NO2(g) + 4Na2SO3(l) → N2(g) + 4Na2SO4(l)
[반응식 1]의 (1)을 참고하면, 오존(O3)이 질소 산화물(NOX)과 반응하여, 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2)를 제거하는 과정에서는, 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2)가 모두 오존(O3)과 반응하여, 결과적으로는 오산화이질소(N2O5)로 변하게 된다.
또한, 오존(O3)이 질소 산화물(NOX)을 제거하는 과정에서는, (1)에서와 같이, 질소 산화물(NOX)과 물(H20)이 반응하는 과정을 포함될 수 있다. 오산화이질소(N2O5)는 물(H20)과 반응하여 질산(HNO3)이 되고, 질산(HNO3)은 이온화하여 질산 이온(NO3 -)의 형태로 남게 된다.
상기의 반응이 진행되는 스크러버(400) 내에는, 세정수가 포함되어 있어, 상기와 같이 반응이 진행될 수 있다.
세정수는 pH 7 이상의 알칼리성일 수 있다. 이는 이산화질소(NO2)의 환원성을 높이기 위함이다.
또한, 세정수는 상온의 온도를 가질 수 있다.
세정수가 상온의 온도를 가지는 이유는, 일반적으로는, 반응 온도가 높을수록, 반응에 소요되는 시간이 단축되나, 100 ℃ 이상에서는, 오히려 상기의 [반응식 1]의 반응이 억제되기 때문이다. 상온에서 체류시간(Residence Time)을 8 ~ 10초 이상 유지하였을 때, 질소 산화물(NOX)은 95% 이상 제거된다.
결과적으로는, [반응식 1]의 (1)에 개시된 반응식에서와 같이, 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2)는 오존(O3), 물(H20)과 반응하여 질산 이온(NO3 -)으로 변하게 된다.
공급되는 오존(O3)의 몰수(mol)는, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 보다 많이 공급하게 되므로((O3/NO)가 1 이상), 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2)는 오존(O3)과 반응하여, 제거될 수 있다.
예를 들어, (O3/NO) 비가 1.0 이 되도록 오존(O3)을 공급한 경우에는 이산화질소(NO2) 일부가 잔존할 수 있다. 이렇게 잔존하게 되는 이산화질소(NO2)는 환원제(Na2SO3)에 의하여 제거될 수 있다.
다른 예로, (O3/NO) 비가 1.5 이상이 되도록 오존(O3)을 충분하게 공급한 경우에는 이산화질소(NO2)가 모두 제거될 수도 있다.
오존(O3)은, (O3/NO)의 비가 2.0 이상이 되고, (O3/NOX)의 비가 1 이상이 되도록 공급하는 것이 바람직하다.
상기의 과정에서, 오존(O3)의 일부는 잔존하게 된다. 잔존하는 오존(O3)은 [반응식 1]의 (2)에서와 같이, 환원제(Na2SO3)와 반응하여, 제거될 수 있으며, 이에 따라, 공기 중으로 방출하는 오존(O3)의 양을 최소화할 수 있다.
환원제(Na2SO3)는 잔존하는 오존(O3)을 제거함과 동시에, 반응식 (1)에서 이산화질소(NO2) 일부가 오존(O3)과 반응이 이루어지지 않아, 잔존하게 되는 경우, 잔존하는 이산화질소(NO2)를 제거할 수 있다.
정리하면, 오존(O3)을 충분한 양을 공급하는 경우, 이산화질소(NO2)가 모두 제거되어 잔존하지 않게 된다. 이 경우 환원제(Na2SO3)는 오로지 오존(O3)을 제거하기 위한 용도이므로, 오존(O3)을 제거하기 위한 최소한의 양만 사용할 수 있게 된다.
[반응식 1]에서와 같이, 질소 산화물 저감 시스템(10)은, 공급되는 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 오존(O3)을 모두 제거하는 것을 목적으로 한다. 추가적으로는, 사용되는 환원제(Na2SO3)의 양을 최소한으로 하는 것을 목적으로 한다.
본 개시에 따른, 질소 산화물 저감 시스템(10)은, 전기장을 이용하여, 스크러버(400)에서 배출된 반응물(S)에 포함된 분진 입자를 제거하는 전기 집진기(410), 및 전기 집진기(410)에서 배출되는 반응물의 흐름을 조절하여, 배출부(500)로 전달하는 팬(Fan)(420)을 더 포함할 수 있다.
전기 집진기(410) (EP: Electric Precipitator)는, 직류 고전압에 의한 코로나 방전에 의해 입자를 대전시켜 전기에 의한 정전 방식을 이용해 집진하는 장비이다.
집진이란, 기체 중 부유하는 입자를 기체에서 분리, 제거하는 것으로서, 비교적 큰 입자에 대하여는 중력, 원심력, 관성력의 효과가 이용되고, 작은 입자에 대하여는 정전기력, 입자의 브라운 운동에 의한 확산 효과가 이용된다.
전기 집진 방식을 이용하면, 담배연기, 분진, 각종 유해 물질의 제거가 가능하며, 항균, 항바이러스 필터 효과를 얻을 수 있다. 추가로, 악취 제거 및 각종 탈취 효과도 있다.
본 개시에 따른 전기 집진기(410), 팬(420)은, 일반적으로 이용되고 있는 장비를 포함하는 것인 바, 구조에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)은, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol)를 이용하여, 질소 산화물(NOX)의 제거 효율을 최적화하기 위한 오존(O3) 및 환원제의 필요량을 자동으로 계산하고, 필요량만큼 오존(O3) 및 환원제가 자동으로 공급되게 함으로써, 환원제의 사용량을 최소화하면서, 배출되는 질소 산화물(NOX) 및 오존(O3) 량을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
질소 산화물 저감 시스템(10)은, 상기의 각 필요한 몰수(mol)를 계산하기 위한 구성으로 제1 산출부(120), 제2 산출부(130), 및 제3 산출부(140)를 포함하며, 계산된 몰수(mol)에 따른 유량으로 오존(O3) 및 환원제가 공급되도록, 가스(OG) 및 용액(R)의 공급량을 조절하는 오존 조절부(210) 및 환원제 조절부(310)를 포함할 수 있다.
먼저, 인입부(100)에서 공급하는 질소 산화물(NOX)의 농도(ppm)를 측정하는 질소 산화물 농도 측정계(110)를 포함할 수 있다. 질소 산화물 농도 측정계(110)는, 오존(O3)이 투입되는 부분보다 전단에 위치해야 한다.
또한, 질소 산화물(NOX)을 포함하는 가스(NG)의 유량(CMM)을 측정하는 유량 측정계(112)를 포함할 수 있다.
질소 산화물 농도 측정계(110)에서 측정된 질소 산화물(NOX)의 농도(ppm)와, 유량 측정계(112)에서 측정된 질소 산화물(NOX)을 포함하는 가스(NG)의 유량(CMM)을 이용하여, 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol)를 계산하기 위함이다.
도 1에는 질소 산화물(NOX)의 유량(CMM)을 측정하는 유량 측정계(112)를 인입부(100)에 근접하도록 도시를 하였으나, 질소 산화물(NOX)의 유량(CMM)을 측정하는 유량 측정계(112)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 산출부(120)는, 측정된 질소 산화물(NOX)의 농도(ppm) 및 유량(CMM)을 이용하여, 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol)를 계산할 수 있다.
제2 산출부(130)는, 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol)를 이용하여, 오존 공급부(200)에서 공급할 오존(O3)의 몰수(mol)를 계산할 수 있다. 또한, 제2 산출부(130)는, 계산된 몰수(mol)에 맞는 오존(O3)의 유량을 계산할 수 있다.
제3 산출부(140)는, 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol)를 이용하여, 환원제 공급부(300)에서 공급할 환원제의 몰수(mol)를 계산할 수 있다. 또한, 제3 산출부(140)는, 계산된 몰수(mol)에 맞는 환원제의 유량을 계산할 수 있다.
구체적으로는, 제2 산출부(130)는, 공급되는 질소 산화물(NOX) 중에서 일산화질소(NO) 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)가 1 이상이 되도록 공급해야 하며 공급되는 일산화질소(NO) 혹은 질소산화물(NOx) 중에 선택한 공급비에 맞게, 오존 공급부(200)에서 공급할 오존(O3)의 몰수(mol) 및 이에 맞는 유량을 계산할 수 있다. 운전자가 미리 설정한 공급비에 따라, 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)를 공급할 수 있으며, 이는 아래의 [수식 1]을 통하여 설명하도록 한다.
제3 산출부(140)는, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 환원제의 몰수(mol) 비가 최소화되도록, 환원제 공급부(300)에서 공급할 환원제의 몰수(mol) 및 이에 맞는 유량을 계산할 수 있다. 바람직하게는, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 환원제의 몰수(mol) 비(환원제/NOX)는 1 이하가 되도록 할 수 있다. 이 또한, 운전자가 미리 설정한 공급비에 따라, 환원제를 포함하는 용액(R)을 공급할 수 있으며, 이는 아래의 [수식 1]을 통하여 설명하도록 한다.
유량 측정계(112)는, 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)의 유량(CMM)을 측정하기 위하여 오존 공급부(200)에서 공급된 가스(OG)가 이동하는 경로 상에 배치될 수 있다. 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)의 유량(CMM)을 활용하여, 공급되는 오존(O3)의 유량을 판단하고, 이로부터 오존(O3)의 몰수(mol)를 판단할 수 있다.
또한, 유량 측정계(112)는, 환원제를 포함하는 용액(R)의 유량(CMM)을 측정하기 위하여 환원제 공급부(300)에서 공급된 용액이 이동하는 경로 상에 배치될 수 있다. 환원제를 포함하는 용액(R)의 유량(CMM)을 활용하여, 공급되는 환원제의 유량을 판단하고, 이로부터 환원제의 몰수(mol)를 판단할 수 있다.
제1 산출부(120)에서 계산된 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol)를 이용하여 산출된, 제2 산출부(130)에서 계산된 오존(O3)의 몰수(mol), 및 제3 산출부(140)에서 계산된 환원제의 몰수(mol)는, 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)에서 중요한 값을 갖는다. 또한, 각 몰수(mol)에 맞는 오존(O3), 환원제의 유량의 값 역시 중요한 값을 갖는다.
특히, 이를 자동으로 계산하는 제2 산출부(130) 및 제3 산출부(140)는 질소 산화물 저감 시스템(10)에서 중요한 구성이다.
본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)은, 오존 공급부(200)에서 공급하는 가스(OG)의 양을 조절하는 오존 조절부(210)를 포함할 수 있다.
오존 조절부(210)는, 오존 공급부(200)에서 공급하는 가스(OG)에 포함된 오존(O3)이, 제2 산출부(130)에서 계산된 몰수(mol) 및 유량을 가지도록, 오존 공급부(200)에서 공급하는 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)의 유량을 조절하는 역할을 한다.
필요한 오존(O3)의 몰수(mol)를 활용하여, 공급하여야 할 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)의 양을 계산하는 과정에서는, 유량 측정계(112)에서 측정된 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)의 유량을 이용할 수 있다.
또한, 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)은, 환원제 공급부(300)에서 공급하는 용액(R)의 유량을 조절하는 환원제 조절부(310)를 포함할 수 있다.
환원제 조절부(310)는, 환원제 공급부(300)에서 공급하는 용액에 포함된 환원제가, 제3 산출부(140)에서 계산된 몰수(mol) 및 유량을 가지도록, 환원제 공급부(300)에서 공급하는 환원제를 포함하는 용액(R)의 양을 조절하는 역할을 한다.
마찬가지로, 필요한 환원제의 몰수(mol)를 활용하여, 공급하여야 할 환원제를 포함하는 용액(R)의 양을 계산하는 과정에서는, 유량 측정계(112)에서 측정된 환원제를 포함하는 용액(R)의 유량을 이용할 수 있다.
오존 조절부(210) 및 환원제 조절부(310)는, 상기에서 계산된 각 유량만큼 공급되도록, 공급량을 자동으로 조절할 수 있는 컨트롤 밸브 등을 포함할 수 있다.
인입부(100)로 공급되는 질소 산화물(NOX)을 포함하는 가스(NG)의 농도(ppm) 및 유량(CMM) 값을 이용하여, 오존 조절부(210)에서 조절하는 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)의 량(Nm3/h) 및 환원제 조절부(310)에서 조절하는 환원제를 포함하는 용액(R)의 량(L/h)을 구하는 수식은 아래에서 설명할 [수식 1]와 같다.
[수식 1]
(1) 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)의 공급량(Nm3/h)
= ((a x b x 10-6) / (c x d)) x (60 min/1 hour) x e
a는 유량 측정계(112)에서 측정한 질소 산화물(NOX)을 포함하는 가스(NG)의 유량(CMM)를 의미하고, b는 인입부(100)로 공급되는 질소 산화물(NOX)을 포함하는 가스(NG)의 농도(ppm)를 의미한다.
c는 오존 발생기의 Set Point(%)를 의미하고, d는 오존(O3)을 발생시키는 오존 발생기의 캐파시티(capacity) 값을 의미한다.
c는 운전자가 설정하는 값으로, 오존 발생기의 오존 생산 농도에 대한 설정 값이다.
본 개시에서 공급되는 오존(O3)은 오존 발생기에서 생성된 것을 이용한다. 여기서, 오존 발생기는 각 설비마다 상이한 스펙(spec)을 가질 수 있다.
오존 발생기의 capacity(d)란, 오존 발생기의 Set Point(c)를 100%로 가정하였을 때, 오존 발생기에서 발생하는 ((O3)(Nm3)/((O3 + O2)(Nm3)) 값을 의미하는 것으로, 오존 생산을 위해 오존 발생기로 공급하는 산소 유량 대비 오존(O3)의 생산량을 의미한다.
예를 들어, 오존 발생기의 Set Point(c)를 100%로 가정하였을 때, 오존 생산량이 148인 경우란, 오존 발생기로 공급되는 산소 유량 1 Nm3 당 O3가 148g 이 발생함을 의미할 수 있다.
오존 발생기의 capacity 값인 d는 아래 수식 (2)와 같이 계산될 수 있다. 오존 발생기는 각 라인 마다 상이한 것으로, d는, 라인 별 배치된 오존 발생기에 따라 상이한 값이 입력될 수 있다.
(2) 오존 발생기의 캐파(d)
= 148 g / 1 Nm3 x (22.4 L x 10-3) / 48g
(48g은 오존(O3)의 molar weight이다).
e는 오존(O3)의 공급비(%)를 의미한다. 이는, 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)을 운전하는 운전자가 지정하는 값을 의미한다. 이는 O3/NO 또는 O3/NOx의 molar supply ratio이며, 본 개시에 따르면, 상기 오존(O3)의 공급비(%)(e)는 100% 이상으로 설정할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 제2 산출부(130)는, a ~ e 값을 이용하여 오존 공급부(200)에서 공급할 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)의 량(Nm3/h)을 산출할 수 있다. 오존 조절부(210)는, 제2 산출부(130)에서 계산된 값에 따라, 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)가 자동으로 공급되도록 조절할 수 있다.
다음으로, 환원제 공급부(300)에서 공급할 환원제를 포함하는 용액(R)의 량(L/h)을 구하는 수식은 아래에서 설명할 (3)과 같다.
(3) 환원제를 포함하는 용액(R)의 공급량(L/h)
= ((a x b x 10-6) x (((1 mol x 103 L) / (22.4 L x (Nm3 ))) x (60 min/1 hour)) x f x g
a는, 유량 측정계(112)에서 측정한 질소 산화물(NOX)을 포함하는 가스(NG)의 유량(CMM)를 의미하고, b는, 인입부(100)로 공급되는 질소 산화물(NOX)을 포함하는 가스(NG)의 농도(ppm)를 의미한다. (a x b x 10-6)의 값은 다른 성분은 제외하고, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 부피(Nm3/min)를 의미한다.
f는 환원제를 포함하는 용액(R) 1L 중에 포함된 환원제의 몰수 값을 의미한다. f는 사전에 계산되는 값이며, 이는 아래 반응식 (4)를 참고한다.
환원제는 아황산나트륨(Na2SO3)을 이용하므로, f는 아황산나트륨(Na2SO3)을 포함하는 용액(R)의 공급 유량 대비 실제 아황산나트륨(Na2SO3)의 몰수이다. 즉, f는 환원제를 포함하는 용액(R) 1L 중 아황산나트륨(Na2SO3)(15 wt%)의 몰수(mol)를 의미한다.
wt%는 "weight percent"로, 아황산나트륨(Na2SO3)의 질량을 기준으로 한 백분율을 의미하는 값이다.
(4) f = (1130 g / 1 L) x (1 mol / 126.043 g) x (x wt%)
여기서, (1130 g / 1 L)는 환원제를 포함하는 용액(R)의 밀도를 의미하고, (1 mol / 126.043 g)는 아황산나트륨(Na2SO3)의 몰질량을 의미하며, (15 wt%)는 아황산나트륨(Na2SO3)을 포함하는 용액(R)의 wt%를 의미한다.
g는 환원제의 공급비(%)를 의미한다. 이는, 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)을 운전하는 운전자가 지정하는 값을 의미한다. 본 개시에 따르면, 상기 환원제의 공급비(%)(e)는 질소 산화물(NOX) 처리 효율과 오존(O3) 배출량을 고려하여 설정할 수 있다.
상기에서의 e(오존(O3)의 공급비), g(환원제의 공급비(%))는, 일반적으로 특정 설비를 이용하여 반복적인 질소 산화물(NOX)을 처리하는 과정에서, 운전 초기에 운전자가 지정하는 값일 수 있다. 운전자가 매번 상기의 값을 지정하여 입력하여야 하는 값은 아니며, 처리 효율, 설비 이상 등 다양한 변수가 생기는 경우, 운전자가 변경할 수 있는 값에 해당된다.
(3)에서 설명한 바와 같이, 제3 산출부(140)는, a, b, f, g 값을 이용하여 환원제 공급부(300)에서 공급할 환원제를 포함하는 용액(R)의 량(L/h)을 산출할 수 있다. 환원제 조절부(310)는, 제3 산출부(140)에서 계산된 값에 따라, 환원제를 포함하는 용액(R)이 자동으로 공급되도록 조절할 수 있다.
도 2 내지 도 8은 일 실시예에 따른 질소 산화물 저감 시스템에 의한 효과를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
먼저, 도 2는 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)을 통하여, 질소 산화물(NOX)이 처리되는 과정에서, 각 물질의 농도 변화를 설명하기 위한 이론적인 그래프이다. 위에서 설명한 [반응식 1]의 반응식을 참고하도록 한다.
도 2에서는, 공급되는 질소 산화물(NO 또는 NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비를 정할 때, 일산화질소(NO)의 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)를 예를 들어 설명하고자 한다.
설명한 [반응식 1] 에서와 같이, (O3/NO)가 1 이상이 되는 경우, 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2)가 질산 이온(NO3 -)의 형태로 변환되는 반응이 진행되는 것을 확인할 수 있다(질산 이온(NO3 -)의 증가). 여기서 잔존하는 오존(O3)과 이산화질소(NO2)는 환원제에 의하여 제거될 수 있다.
도 3은, [반응식 1]에 따른 반응을 검증하고자 수행한 실험 데이터에 따른 그래프로서, 각 축은 시간(time)과 각 물질의 양(Quantity)을 의미한다.
그래프를 통하여, 환원제인 아황산나트륨(Na2SO3), 오존(O3), 일산화질소(NO), 및 이산화질소 (NO2)의 변화를 확인할 수 있다.
특히, 그래프 내 표시된 부분을 참고하면, 오존(O3)의 공급량이 증가하면, 배출되는 이산화질소(NO2)의 농도가 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 도 2에서와 마찬가지로, (O3/NO)가 1 이상이 되는 경우, 이산화질소(NO2)의 량이 급격하게 감소하는 것을 의미하는 것이다.
아래 [표 1]을 통하여, 오존(O3)에 따른 반응물의 차이를 살펴보도록 한다.
F Cl NO2 Br NO3 PO4 SO4
Ⅰ 3.27 93.13 145.90 7.13 49.28 1.85 818.60
Ⅱ 2.78 113.73 115.72 6.35 47.51 1.65 590.58
Ⅲ 3.07 74.78 74.92 7.82 500.02 1.20 735.96
[표 1]은 [반응식 1]의 반응 중, 스크러버 내에서 세정수(H20)와의 반응 결과물인 질산 이온(NO3 -)의 농도를 HPIC(고성능 이온 크로마토그래피 분석법)로 분석한 실험 데이터 값이다.
먼저, Ⅰ은 오존(O3)을 공급하지 않는 경우를 의미하는 것으로, (O3/NO) 값이 0인 경우를 의미하고, Ⅱ는 (O3/NO) 값이 1.0 미만인 경우를 의미하며, Ⅲ은 (O3/NO) 값이 1.5 초과인 경우를 의미한다. 그래프 상 데이터 값의 단위는 ppm이다.
실험으로부터, (O3/NO) 값이 1.5 를 초과하는 실험에서 질산 이온(NO3 -)이 다량 생성됨을 알 수 있다(약 10배 이상 증가). 이와 동시에 이산화질소(NO2)의 감소량이 증가함을 알 수 있다.
질산 이온(NO3 -)은 질소 산화물(NOX)이 제거되면서 생성되는 생성물이라는 점을 고려하였을 때, (O3/NO, O3/NOX) 값이 높을수록, 질소 산화물(NOX) 제거율이 높다는 것을 알 수 있다.
본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)에서는, (O3/NOX) 값이 1 이상이 되도록 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)를 공급하는 것에 특징이 있으며, 특히, 일산화질소(NO)의 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)인 경우는, 1.5 이상으로 할 수 있다. 구체적으로는, 질소 산화물(NOX)과 오존이 반응하는 체류시간(Residence Time)은, 8초 이상으로, 현장 여건을 고려하여, O3/NO 는 2 이상, O3/NOX 는 1 이상이 되도록 함이 바람직하다.
도 4 및 도 5는 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)을 이용한 것으로, 일산화질소(NO)의 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)에 따라, 환원제인 아황산나트륨(Na2SO3)의 사용량(ton)에 따른 배출되는 질소 산화물(NOX)의 농도(ppm)를 비교하기 위한 그래프이다.
먼저, 도 4의 (a)는 일산화질소(NO)의 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)가 1 이하로 설정한 경우이다. 질소 산화물(NOX)을 제거하기 위하여 사용되는 아황산나트륨(Na2SO3)의 사용량은 36.1 ton이다.
도 4의 (b)는 일산화질소(NO)의 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)를 2.0 ~ 2.3 으로 설정한 경우이다. 사용되는 아황산나트륨(Na2SO3)의의 사용량 36.6 ton을 의미한다.
도 4의 (a), (b)에서 모두 아황산나트륨(Na2SO3)의의 사용량은 각각 36.1, 36.6으로 거의 유사한 수준임을 알 수 있다.
도 5는 도 4의 조건으로 질소 산화물(NOX)을 제거하였을 때, 배출되는 질소 산화물(NOX)의 농도(ppm)를 나타내는 그래프이다.
도 5의 (a)는 도 4의 (a)의 조건으로 질소 산화물(NOX)을 제거하였을 때, 배출되는 질소 산화물(NOX) 농도를 의미하고, (b)는 도 4의 (b)의 조건으로 질소 산화물(NOX)을 제거하였을 때, 배출되는 질소 산화물(NOX) 농도를 의미한다.
도 5의 (a)에서 배출되는 질소 산화물(NOX)의 농도는 24.4 ppm이고, (b)에서 배출되는 질소 산화물(NOX)의 농도는 10.0 ppm이다.
이로부터, 대략적으로 동일한 양의 환원제를 사용하였을 때, 일산화질소(NO)의 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)를 2.0 이상으로 한 경우에, 배출되는 질소 산화물(NOX)이 약 60% 감소하였음을 확인할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)을 이용한 것으로, 도 6의 (a)는 2023년 1분기, 도 7의 (b)는 2024년 1분기 동안 실제 스크러버에서의 질소 산화물(NOX) 배출량과, 아황산나트륨(Na2SO3) 사용량에 해당된다.
일산화질소(NO)의 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)에 따라, 환원제인 아황산나트륨(Na2SO3)의 사용량(kg/day)에 따른 질소 산화물(NOX)의 배출량(kg)을 비교하기 위한 그래프이다.
해당 실험에서, 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 아황산나트륨(Na2SO3)의 몰수(mol) 비(Na2SO3/NOX)는 0.6 ~ 1.0으로 설정하여 진행한 것이다.
도 6의 (a)는 일산화질소(NO)의 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)가 1 이하로 설정된 경우이며, 질소 산화물(NOX)을 제거하기 위하여 사용되는 아황산나트륨(Na2SO3)의 사용량은 8075 kg/day이다.
도 6의 (b)는 일산화질소(NO)의 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)를 2.0 ~ 2.3으로 설정한 경우이다. 사용되는 아황산나트륨(Na2SO3)의 사용량은 4504 kg/day이다.
도 6의 (a) 대비 도 6의 (b)에서 사용된 아황산나트륨(Na2SO3)의 사용량(kg/day)은 약 44% 가 감소된 양이다.
도 7은 도 6의 각각의 조건으로 질소 산화물(NOX)을 제거하였을 때, 배출되는 질소 산화물(NOX)의 양(kg)을 나타내는 그래프이다.
도 7의 (a)는 도 6의 (a)의 조건으로 질소 산화물(NOX)을 제거하였을 때, 배출되는 질소 산화물(NOX)의 양을 의미하고, 도 7의 (b)는 도 6의 (b)의 조건으로 질소 산화물(NOX)을 제거하였을 때, 배출되는 질소 산화물(NOX) 양을 의미한다.
도 7의 (a)에서 배출되는 질소 산화물(NOX)의 양은 7341 kg이고, (b)에서 배출되는 질소 산화물(NOX)의 양은 4569kg이다. 배출되는 질소 산화물(NOX)의 양이 약 38% 감소된 값이다.
이로부터, 환원제의 사용량을 44% 감소시켰음에도, 배출되는 질소 산화물(NOX)의 양이 38%나 감소하였음을 확인할 수 있다.
실험값으로 도시하지는 않았으나, 일산화질소(NO)의 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)를 더 올리는 경우, 배출되는 질소 산화물(NOX)의 양을 감소시키면서, 동시에 환원제의 사용량을 더 감소시킬 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 질소 산화물 처리 시스템(10)의 질소 산화물(NOX) 제거 효율(Removal Efficiency) 최적의 성능을 가지는 조건을 설명하기 위하여 도시한 실험 그래프이다. O3/NO의 공급비 기준으로 실험을 하였다.
가로축은 공급되는 일산화질소(NO)의 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO Ratio)를 의미하고, 세로축은 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 아황산나트륨(Na2SO3)의 몰수(mol) 비(Na2SO3/NOX Ratio)를 의미한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 아황산나트륨(Na2SO3)의 사용을 최소화하면서, 질소 산화물(NOX)의 제거 효율이 가장 높은 조건은 (O3/NO Ratio) 값이 2.3 ~ 2.5이고, (Na2SO3/NOX Ratio) 값이 0.2 ~ 0.3인 조건에 해당된다.
도 8의 그래프를 위하여 진행한 실험 값을 확인하였을 때, 아황산나트륨(Na2SO3)을 86.2 L/h 만큼 사용하였을 때, 질소 산화물(NOX)의 제거 효율은 75.5로 나타나고, 아황산나트륨(Na2SO3)을 12.8 L/h 만큼 사용하였을 때, 질소 산화물(NOX)의 제거 효율은 86.1로 나타났다. 아황산나트륨(Na2SO3)의 사용량을 85.2% 만큼 감소시키면서, 질소 산화물(NOX)의 제거 효율은 10.6% 만큼 증가한 결과이다.
도 9 내지 도 11은 일 실시예에 따른 질소 산화물 저감 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)을 이용한 질소 산화물 저감 방법은, 질소 산화물(NOX)을 포함하는 가스(NG)를 공급하는 단계(S100), 오존 공급부(200)가, 공급되는 질소 산화물(NOX) 중에서 일산화질소(NO) 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)가 1 이상이 되도록 공급해야 하며 공급되는 일산화질소(NO) 혹은 질소산화물(NOx) 중에 선택하여, 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)를 공급하는 단계(S200), 환원제 공급부(300)가, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 환원제의 몰수(mol) 비가 최소화된, 환원제를 포함하는 용액(R)을 공급하는 단계(S300), 오존(O3)이 질소 산화물(NOX)을 제거하는 단계(S400), 및 환원제가 잔존하는 오존(O3)을 제거하는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
S200에서는, 오존 공급부(200)가, 공급되는 질소 산화물(NOX) 중에서 일산화질소(NO) 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)가 1 이상이 되도록 공급해야 하며 공급되는 일산화질소(NO) 혹은 질소산화물(NOx) 중에 선택하여, 운전자가 설정한 공급비로, 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)를 공급하는 것을 의미한다.
S300에서는, NO2 또는 O3 제거 목적의 환원제를 공급하는 것이다. 환원제 공급부(300)는, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 환원제의 몰수(mol) 비를, 운전자가 설정한 공급비로, 환원제를 포함하는 용액(R)을 공급할 수 있다.
S400에서는, 오존(O3)이 질소 산화물(NOX)을 제거할 수 있고, 환원제가 이산화질소(NO2), 오존(O3)을 제거할 수 있다.
오존(O3)이 질소 산화물(NOX)을 제거하는 단계는, 질소 산화물(NOX)과 물(H2O)이 반응하는 과정을 포함할 수 있다. 이는 스크러버(400) 내에서 세정수와 반응하는 과정일 수 있다. 질소 산화물(NOX)에 제거되는 반응식은 위에서 설명한 [반응식 1]과 같다.
도 10을 참고하면, 오존 공급부(200)가, 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)를 공급하는 단계(S200) 이전에는, 제1 산출부(120)가, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 농도(ppm)로부터 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol)를 계산하는 단계(S110), 제2 산출부(130)가, 공급되는 질소 산화물(NOX) 중에서 일산화질소(NO) 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)가 1 이상이 되도록 공급해야 하며 공급되는 일산화질소(NO) 혹은 질소산화물(NOx) 중에 선택하여, 오존 공급부(200)에서 공급할 오존(O3)의 몰수(mol)를 계산하는 단계(S120), 및 오존 조절부(210)가, 오존 공급부(200)에서 공급하는 가스(OG)에 포함된 오존(O3)이, 제2 산출부(130)에서 계산된 몰수(mol)를 가지도록, 오존 공급부(200)에서 공급하는 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)의 유량을 조절하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
S120에서는, 제2 산출부(130)가 상기에서의 계산된 몰수(mol)에 맞는 유량을 계산할 수 있다.
구체적으로는, 제2 산출부(130)는, 공급되는 질소 산화물(NOX) 중에서 일산화질소(NO) 몰수(mol) 대비 공급되는 오존(O3)의 몰수(mol) 비(O3/NO)가 1 이상이 되도록 공급해야 하며 공급되는 일산화질소(NO) 혹은 질소산화물(NOx) 중에 선택하여, 오존 공급부(200)에서 공급할 오존(O3)의 몰수(mol) 및 이에 맞는 유량을 계산할 수 있다. 운전자가 미리 설정한 공급비에 따라, 오존(O3)을 포함하는 가스(OG)를 공급할 수 있다.
도 11을 참고하면, 환원제 공급부(300)가, 환원제를 포함하는 용액(R)을 공급하는 단계(S300) 이전에는, 제1 산출부(120)가, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 농도(ppm)로부터 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol)를 계산하는 단계(S110), 제3 산출부(140)가, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 환원제의 몰수(mol) 비가 최소화되도록, 환원제 공급부(300)에서 공급할 환원제의 몰수(mol)를 계산하는 단계(S140), 및 환원제 조절부(310)가, 환원제 공급부(300)에서 공급하는 용액(R)에 포함된 환원제가, 제3 산출부(140)에서 계산된 몰수(mol)를 가지도록, 환원제 공급부(300)에서 공급하는 환원제를 포함하는 용액(R)의 유량을 조절하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
S140에서는, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 환원제의 몰수(mol) 비를, 공급하는 오존(O3) 양에 따라 다르게 공급비를 설정할 수 있다.
구체적으로는, 제3 산출부(140)는, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 환원제의 몰수(mol) 비가 최소화되도록, 환원제 공급부(300)에서 공급할 환원제의 몰수(mol) 및 이에 맞는 환원제의 유량을 계산할 수 있다. 바람직하게는, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 환원제의 몰수(mol) 비(환원제/NOX)는 1 이하가 되도록 할 수 있다. 이 또한, 운전자가 미리 설정한 공급비에 따라, 환원제를 포함하는 용액(R)을 공급할 수 있다.
다만, 질소산화물(NOX)의 처리 효율을 향상하기 위해 오존(O3) 공급량을 증가시켰을 경우에는, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol) 대비 공급되는 환원제의 몰수(mol) 비(환원제/NOX)가 1 이상으로 공급될 수도 있다.
본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)은, 제1 산출부(120), 제2 산출부(130), 제3 산출부(140)에서 산출된 값에 대응되도록, 오존 조절부(210) 및 환원제 조절부(310)가 각 오존(O3)과 환원제가 공급되는 양을 자동으로 조절하는 것으로, 상기의 조절에서는 PID(Proportional-Integral-Differential controller) 제어 방법을 이용할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10) 및 이를 이용한 질소 산화물 저감 방법은, 공급되는 질소 산화물(NOX)의 몰수(mol)에 따라, 질소 산화물(NOX)의 제거 효율을 최적화하기 위한 오존(O3) 및 환원제의 필요량을 계산하고, 필요량만큼 오존(O3) 및 환원제가 자동으로 공급되게 함으로써, 환원제의 사용량을 최소화하면서 질소 산화물의 배출량을 현저히 감소시키는 효과가 있다. 이에 따라, 질소 산화물(NOX)의 제거 효율을 향상시키면서, 환원제 사용량을 줄여 비용 측면에서도 효율을 높일 수 있다.
추가로, 오존(O3) 제거 효율을 향상시키고자 한다면, 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)의 후단에 환원제 공급 시스템을 별도로 추가하여, 오존(O3)과 질소 산화물(NOX) 반응이 완전히 끝난 이후, 잔존하는 오존(O3)을 처리할 수도 있다.
도 12 내지 도 18은 일 실시예에 따른 오존(O3)를 인입 질소산화물(NOx) 기준으로 공급했을 때, 질소 산화물 저감 시스템의 효과를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 12 및 도 13은, 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)에서 진행되는 반응 메커니즘에 따른 테스트를 수행한 결과이다. 가로축은 시간(time)을 의미하고, 세로축은 농도 등을 의미하는 것으로, ppm, %, L/h의 단위를 갖는다.
먼저, 도 12는, 본 개시에 따른 질소 산화물 저감 시스템(10)에서, O3/NOX의 공급 비율(O3/NOX Supply Ratio)을 변경하면서, NOX의 처리 효율(NOX Removal Efficiency)을 확인한 결과 그래프이다.
도 12에서, O3/NOX의 공급 비율(O3/NOX Supply Ratio)은, 위에서 설명한 O3/NOX의 몰수 비에 100을 곱한 % 값을 의미하며, Na2SO3/NOX의 공급의 공급 비율(Na2SO3/NOX Supply Ratio)은, Na2SO3/NOX의 몰수 비에 100을 곱한 % 값을 의미한다.
그래프를 참고하면, O3/NOX의 공급 비율(O3/NOX Supply Ratio)이 155% 이상이고, Na2SO3/NOX의 공급 비율(Na2SO3/NOX Supply Ratio)이 40% 이상일 때, 90% 이상의 NOX의 처리 효율(NOX Removal Efficiency)이 달성됨을 확인할 수 있다.
오른쪽의 초록색 음영 영역은, Na2SO3/NOX의 공급이 40% 일 때, NO를 증가시켜, O3/NO가 220% 이하로 감소함에 따라, NOX의 처리 효율(NOX Removal Efficiency)이 감소하는 것을 의미한다.
도 13은 스크러버에 대한 Na2SO3의 공급을 중단하고, O3 공급을 증가시키자, 스크러버에서 NOX 배출량이 감소하는 것을 나타내는 그래프이다. 이는 O3을 공급하여, NO를 추가 산화시킴으로써, NOX가 처리되었음을 의미하며 Na2SO3가 O3과도 반응하였음을 알 수 있다.
도 14 및 도 15는 Na2SO3 공급 감소에 따른 NOX 처리 효율 향상 테스트 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
도 14의 가로축은 시간(time)을 의미하고, 세로축은 농도 등을 의미하는 것으로, ppm, %, L/h의 단위를 갖는다. 도 15의 (a), (b)는 각각 가로축은 시간(time)의 의미하고, 세로축은 농도(ppm)를 의미한다.
도 14에서, Na2SO3/NOX의 공급 비율(Na2SO3/NOX Supply Ratio)은, Na2SO3/NOX의 몰수 비에 100을 곱한 % 값을 의미한다. O3/NOX는, O3/NOX의 공급 비율(O3/NOX Supply Ratio)을 의미하는 것으로, O3/NOX의 몰수 비에 100을 곱한 % 값을 의미한다.
도 15의 (a)는, 배출되는 NOX의 농도에 따라, O3, Na2SO3를 조절하는 과정에서, Na2SO3를 250 L/h 만큼 사용한 경우로서, 배출되는 NO2의 농도는 평균 20ppm인 경우이다. 도 15의 (b)는, 인입되는 NOX의 농도에 따라, O3, Na2SO3를 조절하는 과정에서, Na2SO3를 20 L/h 만큼 사용한 경우로서, 배출되는 NO2의 농도는 평균 5ppm 인 경우이다.
도 14 및 도 15를 참고하면, Na2SO3/NOX의 공급 비율을 85% 에서 20%로 변경하면, NOX 처리 효율이 65&에서 90%로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, O3과 Na2SO3 공급을 증가시키면, NOX 처리 효율이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
이는, 과잉의 O3를 통해 NO와 NOX 모두를 처리해야 하지만, Na2SO3가 너무 많으면, O3가 NOX 대신 Na2SO3와 반응하는 것을 의미한다. 이로부터, 새로운 NOX 처리 메커니즘에서 Na2SO3의 양이 많으면, NOX 제거에 부정적인 영향을 미칠 수도 있다는 것을 알 수 있다.
도 15의 (a)는, 배출되는 NO 농도를 설정 값 이하로 유지하기 위하여, O3을 공급하고, 배출되는 NO2 농도를 설정 값 이하로 유지하기 위해, Na2SO3를 공급하는 것이다. 이 방법은, O3를 이용하여, NO를 NO2로 산화시키고, Na2SO3를 이용하여, NO2를 환원시켜, NOX를 처리하는 방법이다.
도 15의 (b)는, O3를 이용하여 NO와 NO2를 모두 산화시키는 것이며, 반응하지 않은 NO2 또는 O3를 Na2SO3를 이용하여 처리하는 방법이다.
도 15의 (b)는, (a)에 비하여, 92% 적은 Na2SO3를 사용하면서도, NOX의 배출량을 75% 이상 감소시키는 효과가 있다. 도 15의 (a)에 따른 방식은, Na2SO3가 NO2뿐 아니라, O3와도 반응하기 때문에, 과도한 Na2SO3를 사용하는 것으로 보여 지며, 이로 인하여, NOX의 처리 효율이 낮아지게 되는 것이다.
도 16은 도 15의 (a) 방식에 의한 것을 Old Operation으로 기재를 하고, 도 15의 (b) 방식에 의한 것을 New Operation 으로 구분하여, Na2SO3 사용량과 NO2 처리 효율을 테스트한 결과를 나타내는 표이다.
도 16을 참고하면, New Operation에 따르는 경우, Old Operation에 비하여, Na2SO3의 사용량은 85.2% 줄이는 효과가 있고, NOX 처리 효율은 12.7% 향상시키는 효과가 있다.
NOX 처리를 위한 이상적인 O3, Na2SO3 공급 계산식은 아래 [수식 2]와 같다.
[수식 2]
(1) Ideal O3 Supply moles for NOX treatment
= (1.5 x NO moles + 0.5 x NO2 moles)
(2) Required O3 Supply moles
= Ideal O3 Supply moles x margin
(3) Required Na2SO3 Supply moles
= (Required O3 Supply moles - Ideal O3 Supply moles)
도 17은 공급되는 배기 가스(NG) 내 NO, NO2의 존재 비율의 중요성을 설명하기 위한 그래프이고, 도 18은 질소 산화물(NOX) 처리를 위한 O3, Na2SO3 공급 최적점을 확인하기 위한 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
도 17 및 도 18에서, O3/NO의 공급 비율(O3/NO Supply Ratio)은, O3/NO의 몰수 비에 100을 곱한 % 값을 의미하고, O3/NOX의 공급 비율(O3/NOX Supply Ratio)은, O3/NOX의 몰수 비에 100을 곱한 % 값을 의미한다.
질소 산화물(NOX) 처리를 위하여 동일한 스크러버를 사용하더라도, O3 및 Na2SO3 공급의 최적점은 장비 또는 시설의 특성에 따라 상이해질 수 있다.
도 17 및 도 18에서 이용하는 질소산화물(NOx) 분석기는, 질소 산화물(NOX)이 인입된 후, 배출되기까지, 즉, 인입되는 시점부터, 배출되는 영역에서 질소 산화물(NOX)이 분석되는 시점까지 약 1분이 소요된다. 상기 장비에서의 스크러버에 공급되는, Na2SO3/NOX 공급 비율은 약 40%이다.
도 17에서 표시된 A 부분과 B 부분을 보면, O3/NO의 비가 220% 미만이고, O3/NOX의 비가 160% 미만일 때, NOX 처리 효율이 90% 미만으로 감소하는 것을 확인할 수 있다. A 부분을 살펴보면, 오존 공급 기간이 더 오래 유지될수록, NOX 처리 효율이 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
도 17에서 초록색 음영 영역을 보면, O3/NOX의 공급 비율이 160% 이하로 떨어졌음에도 불구하고, O3/NO의 비율은 220% 이하로 떨어진 적이 없으므로, NOX 처리 효율이 90% 이하로 떨어지지 않았음을 보여주는 것이다.
이는 동일한 양의 (인입되는) 질소 산화물(NOX)을 동일한 양의 O3으로 처리할 때, 인입되는 일산화질소(NO)가 적으면, O3이 덜 필요하다는 것을 의미한다. 또한, 이는 인입되는 질소 산화물(NOX) 중 NO의 비율이 65~80% 였음을 의미하기도 한다.
인입되는 NO의 비율이 80% 일 때, 위의 [수식 2]를 적용하면, 완전 산화에 필요한 O3/NO는 160%, O3/NOX는 130%이 된다. O3 공급에 10%의 마진을 더하고, Na2SO3/NOX의 공급 비율을 40% 증가시키면, O3/NO는 230%, O3/NOX는 180%으로 증가하게 된다. 도 18을 통하여, O3/NO는 230%이고, O3/NOX는 180%일 때, NOX의 처리 효율이 95% 이상이 됨을 확인할 수 있다.
이상을 통해 본 개시의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 개시의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 질소 산화물 저감 시스템
100: 인입부
110: 질소 산화물 농도 측정계
112: 유량 측정계
120: 제1 산출부
130: 제2 산출부
140: 제3 산출부
200: 오존 공급부
210: 오존 조절부
300: 환원제 공급부
310: 환원제 조절부
400: 스크러버
410: 전기 집진기
420: 팬
500: 배출부

Claims (10)

  1. 질소 산화물을 포함하는 가스를 공급하는 인입부;
    상기 공급되는 질소 산화물의 몰수 대비 공급되는 오존의 몰수 비가 1 이상이 되도록, 상기 오존을 포함하는 가스를 공급하는 오존 공급부;
    상기 공급되는 질소 산화물의 몰수 대비 공급되는 환원제의 몰수 비가 최소화되도록, 상기 환원제를 포함하는 용액을 공급하는 환원제 공급부;
    상기 질소 산화물, 상기 오존, 및 상기 환원제의 반응이 진행되는 챔버로서, 상기 반응에 의한 반응물을 배출하는 스크러버; 및
    상기 스크러버에서 배출한 상기 반응물(S)을 전달받아 외부로 배출하는 배출부를 포함하는, 질소 산화물 저감 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    전기장을 이용하여, 상기 스크러버에서 배출된 반응물에 포함된 분진 입자를 제거하는 전기 집진기; 및
    상기 전기 집진기에서 배출되는 상기 반응물의 흐름을 조절하여, 상기 배출부로 전달하는 팬을 더 포함하는, 질소 산화물 저감 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스크러버로 유입되는 상기 질소 산화물의 농도를 측정하는 질소 산화물 농도 측정계를 포함하는, 질소 산화물 저감 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측정된 질소 산화물의 농도로부터 상기 질소 산화물의 몰수를 계산하는 제1 산출부;
    상기 질소 산화물의 몰수를 이용하여, 상기 오존 공급부에서 공급할 오존의 몰수를 계산하는 제2 산출부; 및
    상기 질소 산화물의 몰수를 이용하여, 상기 환원제 공급부에서 공급할 환원제의 몰수를 계산하는 제3 산출부를 포함하는, 질소 산화물 저감 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오존 공급부에서 공급하는 가스에 포함된 오존이, 상기 제2 산출부에서 계산된 몰수를 가지도록,
    상기 오존 공급부에서 공급하는 상기 오존을 포함하는 가스의 유량을 조절하는 오존 조절부를 더 포함하는, 질소 산화물 저감 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 환원제 공급부에서 공급하는 용액에 포함된 환원제가, 상기 제3 산출부에서 계산된 몰수를 가지도록,
    상기 환원제 공급부에서 공급하는 상기 환원제를 포함하는 용액의 유량을 조절하는 환원제 조절부를 더 포함하는, 질소 산화물 저감 시스템.
  7. 질소 산화물을 포함하는 가스를 공급하는 단계;
    오존 공급부가, 상기 공급되는 질소 산화물의 몰수 대비 공급되는 오존의 몰수 비가 1 이상인, 상기 오존을 포함하는 가스를 공급하는 단계;
    환원제 공급부가, 상기 공급되는 질소 산화물의 몰수 대비 공급되는 환원제의 몰수 비가 최소화된, 상기 환원제를 포함하는 용액을 공급하는 단계;
    상기 오존이 상기 질소 산화물을 제거하는 단계; 및
    상기 환원제가 잔존하는 오존을 제거하는 단계를 포함하는, 질소 산화물 저감 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오존이 상기 질소 산화물을 제거하는 단계는, 상기 질소 산화물과 물이 반응하는 과정을 포함하는, 질소 산화물 저감 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    오존 공급부가, 상기 오존을 포함하는 가스를 공급하는 단계 이전에는,
    제1 산출부가, 상기 공급되는 질소 산화물의 농도로부터 상기 질소 산화물의 몰수를 계산하는 단계;
    제2 산출부가, 상기 공급되는 질소 산화물의 몰수 대비 상기 공급되는 오존의 몰수 비가 1 이상이 되도록, 상기 오존 공급부에서 공급할 오존의 몰수를 계산하는 단계; 및
    오존 조절부가, 상기 오존 공급부에서 공급하는 가스에 포함된 오존이, 상기 제2 산출부에서 계산된 몰수를 가지도록, 상기 오존 공급부에서 공급하는 상기 오존을 포함하는 가스의 유량을 조절하는 단계를 포함하는, 질소 산화물 저감 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    환원제 공급부가, 상기 환원제를 포함하는 용액을 공급하는 단계 이전에는,
    제1 산출부가, 상기 공급되는 질소 산화물의 농도로부터 상기 질소 산화물의 몰수를 계산하는 단계;
    제3 산출부가, 상기 공급되는 질소 산화물의 몰수 대비 공급되는 환원제의 몰수 비가 최소화되도록, 상기 환원제 공급부에서 공급할 환원제의 몰수를 계산하는 단계; 및
    환원제 조절부가, 상기 환원제 공급부에서 공급하는 용액에 포함된 환원제가, 상기 제3 산출부에서 계산된 몰수를 가지도록, 상기 환원제 공급부에서 공급하는 상기 환원제를 포함하는 용액의 유량을 조절하는 단계를 포함하는, 질소 산화물 저감 방법.
KR1020240141643A 2024-08-02 2024-10-16 질소 산화물 저감 시스템 및 이를 이용한 저감 방법 Pending KR20260020004A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020240103327 2024-08-02
KR20240103327 2024-08-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20260020004A true KR20260020004A (ko) 2026-02-10

Family

ID=98822526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020240141643A Pending KR20260020004A (ko) 2024-08-02 2024-10-16 질소 산화물 저감 시스템 및 이를 이용한 저감 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20260020004A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2488431C2 (ru) Способ очистки отходящих газов
EP2127728B1 (en) Method and apparatus for treating discharge gas
US10589212B2 (en) Ammonia-adding system for ammonia-based desulfurization device
EP1511555B1 (en) PROCESS FOR REDUCING THE LEVEL OF NOXx IN WASTE GAS STREAMS USING SODIUM CHLORITE
EP1972369A2 (en) Method of mercury removal in a wet flue gas desulfurization system
EP0627253B1 (en) Denitrification system
US6221325B1 (en) Process for controlling ammonia slip in the reduction of sulfur dioxide emission
US5770161A (en) Flue gas treating system
US10919016B2 (en) Oxidation control for improved flue gas desulfurization performance
DK2151272T3 (en) A method and installation for purification of forbrændingsrøggasser containing the nitrogen oxides
EP2826542A1 (en) Sulfite control to reduce mercury re-emission
KR102407762B1 (ko) 배기가스의 질소산화물 제거 장치 및 방법
US20050112042A1 (en) Exhaust gas treatment method, exhaust gas treatment system, and catalytic oxidation apparatus
US4678481A (en) H2 O2 as a conditioning agent for electrostatic precipitators
JPH01184311A (ja) 脱硝装置を有する石炭焚きボイラ装置
CN110841442A (zh) 一种脱硝装置及方法
KR102064141B1 (ko) 탈황 집진 장치 및 탈황 제어방법
KR20210077018A (ko) 소결로 배기가스 처리 방법
KR101555087B1 (ko) 배가스에 대한 유해물질 건식제거장치 및 건식제거방법
EP0468205B1 (en) Apparatus for treating exhaust gas
EP1142625B1 (en) Combustion exhaust gas treatment apparatus and method
JPH11147024A (ja) 排煙処理方法
KR100406510B1 (ko) 산화촉매를 이용한 질소산화물 제거장치 및 그 제거방법
KR100690430B1 (ko) 분진, 황산화물 및 질소산화물을 효율적으로 제거하는 방법
CN104941413A (zh) 一种脱硝装置和方法

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

Q12 Application published

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-1-1-Q10-Q12-NAP-PG1501 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)