KR101349973B1 - 가스상 황화수소 처리 장치 - Google Patents

가스상 황화수소 처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101349973B1
KR101349973B1 KR1020110077259A KR20110077259A KR101349973B1 KR 101349973 B1 KR101349973 B1 KR 101349973B1 KR 1020110077259 A KR1020110077259 A KR 1020110077259A KR 20110077259 A KR20110077259 A KR 20110077259A KR 101349973 B1 KR101349973 B1 KR 101349973B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen sulfide
carrier
discharge electrode
catalyst
gaseous hydrogen
Prior art date
Application number
KR1020110077259A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130015329A (ko
Inventor
김종호
봉춘근
Original Assignee
주식회사 그린솔루스
한서대학교 산학협력단
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 주식회사 그린솔루스, 한서대학교 산학협력단 filed Critical 주식회사 그린솔루스
Priority to KR1020110077259A priority Critical patent/KR101349973B1/ko
Publication of KR20130015329A publication Critical patent/KR20130015329A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101349973B1 publication Critical patent/KR101349973B1/ko

Links

Images

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
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • 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
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B01D53/52—Hydrogen sulfide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/104—Silver
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/50—Zeolites
    • B01D2255/502—Beta zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/304—Hydrogen sulfide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
    • B01D2259/818—Employing electrical discharges or the generation of a plasma

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

본 발명은 내부에 방전전극과 촉매가 담지된 담체를 수용할 수 있는 수용부, 및 일단과 타단에 각각 형성된 개방부로 이루어진 가스유입부와 가스유출부를 포함하며, 유전물질로 이루어진 반응기 본체; 상기 수용부에 수용되고, 일부가 상기 반응기 본체의 내측면에 접하게 배치된 방전 전극; 상기 반응기 본체의 외측에 접하게 배치되는 외부 전극; 상기 외부 전극에 일단이 연결된 접지부; 상기 방전전극에 전력을 공급하는 전력 공급부; 상기 수용부에 수용되고, 은, 구리 또는 망간 중에서 선택된 하나 이상의 촉매가 담지된 알루미늄옥사이드(Al2O3) 또는 제올라이트 중에서 선택된 하나 이상의 담체; 및 상기 수용부의 가스유입부측단과 가스유출부측단 각각에 형성되어 상기 수용부를 폐쇄하되, 가스는 통과하고 상기 담체는 통과되지 않는 공경을 갖는 관통공을 포함하는 내열성 지지부를 포함하는 가스상 황화수소 처리 장치를 제공한다. 본 발명의 가스상 황화수소처리 장치는 가스상 황화수소를 효과적으로 처리할 수 있다는 장점이 있다.

Description

가스상 황화수소 처리 장치{Apparatus for control of gaseous hydrogen sulfide}
본 발명은 가스상 황화수소 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스상 황화수소를 효과적으로 처리할 수 있는 장치에 관한 것이다.
가스상 황화수소는 아파트 정화조, 하수관로 등에서 발생하여 악취문제를 발생하고 있다. 특히, 인구밀집지역인 도시 중심의 식당가, 아파트 하수관로 등에서 발생하여 주변의 생활환경에 악영향을 미치고 있다.
가스상 황화수소 처리 기술로는 종래 대한민국 특허 제10-0653046호에 수산화철, 수산화아연, 철을 촉매로 이용하여 황화수소를 제거하는 방법이 개시되어 있다.
한편, 플라즈마를 발생시켜 전자들을 높은 전기장에 의해 가속하여 기체 중 분자들을 산화, 환원하여 대기오염물질을 처리하는 방법이 알려져 있다. 이와 같은 방법은 대기압 상태에서 방전 전극에 인가된 고전압에 의해 전극 주변에 높은 전기장이 형성되어 분자들을 산화, 환원시키는 것이다. 이와 같은 플라즈마를 이용한 반응은 동일한 반응기에서도 처리 대상과 운전 조건에 따라 각기 다른 결과를 나타내므로, 그 결과를 예측하기 어려운 특성이 있다.
또한, 촉매를 사용하여 대기오염물질을 처리하는 경우도 처리대상인 물질, 담체와 촉매의 종류에 따라 촉매의 기능과 성능이 달라지는 특성이 있어 그 결과를 예측하는 것이 용이하지 않다.
대한민국 특허 제10-0653046호, 2006.12.1, 요약
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가스상 황화수소를 효과적으로 처리할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
이하, 전술한 기술적 과제에서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재 사항으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 가스상 황화수소 처리 장치는 내부에 방전전극과 촉매가 담지된 담체를 수용할 수 있는 수용부, 및 일단과 타단에 각각 형성된 개방부로 이루어진 가스유입부와 가스유출부를 포함하며, 유전물질로 이루어진 반응기 본체; 상기 수용부에 수용되고, 일부가 상기 반응기 본체의 내측면에 접하게 배치된 방전 전극; 상기 반응기 본체의 외측에 접하게 배치되는 외부 전극; 상기 외부 전극에 일단이 연결된 접지부; 상기 방전전극에 전력을 공급하는 전력 공급부; 상기 수용부에 수용되고, 은, 구리 또는 망간 중에서 선택된 하나 이상의 촉매가 담지된 알루미늄옥사이드(Al2O3) 또는 제올라이트 중에서 선택된 하나 이상의 담체; 및 상기 수용부의 가스유입부측단과 가스유출부측단 각각에 형성되어 상기 수용부를 폐쇄하되, 가스는 통과하고 상기 담체는 통과되지 않는 공경을 갖는 관통공을 포함하는 내열성 지지부를 포함한다.
본 발명의 가스상 황화수소처리 장치는 가스상 황화수소를 효과적으로 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스상 황화수소처리장치를 나타낸 도이다.
도 2는 도 1의 가스상 황화수소처리장치의 부분절개도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스상 황화수소처리장치의 변형예를 나타낸 도이다.
도 4는 도 3의 장치에 적용 가능한 스크러버의 일 예를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실험예에 적용한 실험장치 구성을 모식적으로 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실험예에서, 촉매가 담지된 담체별 SEM 표면형상 분석결과를 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실험예에서, 경과시간별 유출가스 중 황화수소와 그 생성물인 이산화항의 농도변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실험예에서, 담체가 감마-Al2O3인 경우 비투입에너지 변화에 따른 황화수소제거율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실험예에서, 담체가 베타-제올라이트인 경우 비투입에너지 변화에 따른 황화수소제거율을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실험예에서, 공간속도와 비투입에너지 변화에 따른 황화수소제거율을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예, 실험예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예, 실험예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예, 실험예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 별도 언급이 없는 한, 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭하고, 단수로 표시된 단어는 별도 언급이 없는 한 복수를 포함하는 의미이다. 본 발명에서 '처리'는 해당 물질의 제거, 저감 또는 해당 물질의 다른 형태로의 전환 등을 포함하는 의미이다.
이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 가스상 황화수소 처리장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가스상 황화수소 처리장치 외관을 나타낸 도이고, 도 2는 도 1의 가스상 황화수소 처리장치의 하우징을 부분 절개하여 나타낸 부분 절개도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스상 황화수소 처리 장치(100)는 반응기 본체(10), 방전전극(40), 외부 전극(60), 접지부(70), 전력공급부(80), 촉매가 담지된 담체(50), 및 내열성 지지부(20, 30)를 포함한다.
상기 반응기본체(10)는 내부에 방전전극과 촉매가 담지된 담체를 수용할 수 있는 수용부(15)와 일단과 타단에 각각 형성된 개방부로 이루어진 가스유입부(11)와 가스유출부(13)를 포함하여, 가스상 황화수소가 화살표 방향으로 유입하여 수용부를 거쳐 유출할 수 있다. 상기 반응기본체(10)는 유전물질(誘電物質, dielectric substance)로 이루어지며, 상기 유전물질은 정전기장을 가할 때 전기편극은 생기지만 직류전류는 생기지 않게 하는 물질인 한 이로써 제한되는 것은 아니나, 운모, 파라핀, 세라믹, 유리 바람직하게는 붕규산유리{상품명 파이렉스 유리(pyrex glass)}, 및/또는 석영 등의 절연체로 바람직하게는 붕규산유리일 수 있다.
상기 방전전극(40)은 상기 수용부(15)에 수용되고, 일부가 상기 반응기 본체(10)의 내측면에 접하게 배치되고, 상기 외부 전극(60)은 상기 반응기 본체의 외측면에 접하게 배치된다. 상기 방전전극(40)과 외부전극(60)은 유전물질로 이루어진 반응기 본체(10)에 의해 분리함으로써, 양 전극 간에 직접방전이 일어나지 않도록 하고 교류 전압을 가하는 경우 일어나는 유전물질의 전하축적(Charge Build-Up)현상을 이용하여 교류전원에 의해 인가되는 전압효율을 극대화시킬 수 있다. 그 결과 유전체 장벽 방전이 일어나 전자들이 생성되며 분위기 가스들(질소, 산소, 이산화탄소 등)과 해리, 전자충돌, 이온화, 여기공정, 라디칼 반응 등을 통하여 반응성이 큰 다양한 활성화학종들을 생성하게 된다.
상기 방전 전극(40) 또는 상기 외부 전극(60)은 전도성 전극인 한, 이로써 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 방전 전극은 텅스텐 선이고, 상기 외부 전극은 알루미늄 판일 수 있다. 상기 방전전극(40)은 전부 또는 일부가 나선 형상으로 이루어지도록 하고, 상기 외부 전극(60)은 반응기 본체(10)의 외측면에 접하여 외주를 둘러싸도록 함으로써, 방전이 보다 효과적으로 일어나도록 할 수 있다. 또한, 상기 외부 전극(60)에 구리, 흑연, 탄소 등을 주재료로 한 도전성 전선으로 이루어진 접지부(70)의 일단을 연결하여 접지할 수 있다. 상기 방전전극(40)을 나선형상으로 함으로써 촉매와의 접촉면적을 증가시켜 주는 것이 가능하다. 그 결과 촉매와 플라즈마의 복합 효과를 증가시켜 줄 수 있다.
상기 전력 공급부(80)는 상기 방전전극(40)에 전력을 공급하며, 전선(83, 85)으로 수용부(15) 외부로 일부가 노출된 방전전극(40) 일단과 접지부(70)의 측부에 연결되어 회로를 구성할 수 있다. 상기 전력 공급부는 고전압 교류 전력공급장치일 수 있다. 상기 고전압 교류 전력공급장치는 인가전압이 0~18kV일 수 있다. 상기 전력 공급부(80)에 의해 이로써 제한되는 것은 아니나, 비투입에너지가 1.0~1.8 Wh/m3이 되도록 전력을 공급할 수 있다. 비투입에너지 1.8Wh/m3 초과시 처리율에 비해 에너지투입이 과도하여 비효율적일 염려가 있고, 1.0Wh/m3 미만에서 처리율이 불충분할 염려가 있다. 상기 비투입에너지는 통상의 하수구에서 발생하는 평균 농도의 가스상 황화수소 처리를 기준으로 한 것일 수 있다.
상기 담체(50)는 은, 구리 또는 망간 중에서 선택된 하나 이상의 촉매가 담지된 알루미늄옥사이드 (Al2O3) 또는 제올라이트 중에서 선택된 하나 이상으로, 상기 수용부(15)에 수용되어, 상기 수용부를 통과하는 가스상 황화수소를 플라즈마와 함께 처리하는 것으로 판단된다. 상기 담체(50)는 복수개의 구형담체로, 상기 방전전극(40)이 상기 담체(50)에 의해 둘러싸여 담체상 촉매 표면에서 효과적으로 방전이 일어나는 결과, 황화수소를 보다 효과적으로 처리하는 것이 가능한 것으로 판단된다. 상기 담체는 바람직하게는 은, 구리 또는 망간 중에서 선택된 하나 이상의 촉매가 담지된 제올라이트일 수 있고, 상기 제올라이트는 바람직하게는 베타-제올라이트일 수 있다. 또한, 상기 촉매는 바람직하게 은일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 담체는 은이 3~8중량%, 바람직하게는 5중량%의 함량이 되도록 함침하여 담지한 베타-제올라이트일 수 있다.
상기 내열성 지지부(20, 30)는 수용부(15)의 가스유입부측단과 가스유출부측단 각각에 형성되어 상기 수용부(15)를 폐쇄하되, 가스는 통과하고 상기 담체(50)는 통과되지 않는 관통공(25, 35)을 포함한다. 상기 내열성 지지부는 가스유입부측단과 가스유출부측단에 각각 형성된 한 쌍의 지지판일 수 있다. 상기 내열성 지지부(20, 30)는 담체(50)를 지지하여 수용부(15) 내부에 유지되도록 함으로써 가스상 황화수소를 수용부(15)에서 선택적으로 제거하도록 할 수 있다. 그 결과 효과적으로 가스상 황화수소를 처리할 수 있다. 상기 내열성 지지부(20, 30)는 반응기 본체에 끼움결합 등으로 결합된 상태일 수 있으며, 착탈식일 수 있다. 상기 내열성 지지부(20, 30)는 내열성 소재로 이루어질 수 있으며, 상기 내열성 소재는 방향족 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리이미다솔피롤론, 폴리벤조이미다졸, 및/또는 폴리페닐렌옥시드 등의 내열성 플라스틱 및/또는 운모, 석면, 유리섬유 등 일 수 있다. 상기 내열성 지지부(20, 30)는 절연체로 이루어질 수 있다.
상기 지지부(20, 30)가 내열성 소재로 이루어짐으로써, 방전시 발생할 수 있는 열에 의해 변형되지 않고 본래 역할을 수행할 수 있다. 상기 내열성 소재는 고온 하에서 물리적으로 안정한 소재, 바람직하게는 섭씨 300~600도(공기 중)에서 기계적 강도가 유지되는 소재를 의미한다.
상기 수용부(15)를 가스상 황화수소가 원활하게 통과되도록 하기 위해, 반응기 본체(10)의 전단 및/또는 후단에 송풍기를 설치할 수 있다. 상기 통과시 공간속도는 이로써 제한되는 것은 아니나, 35,000~65,000hr-1일 수 있다. 상기 공간속도는 체류시간의 역수로, 체류시간은 촉매의 양과 유속의 함수이다.공간속도 35,000Hr-1 미만에서 공간속도 감소에 따른 처리율 증가가 크지 않을 염려가 있고, 65,000Hr-1 초과시 처리율이 불충분할 염려가 있다. 상기 공간속도는 통상의 하수구에서 발생하는 평균농도의 가스상 황화수소 처리를 기준으로 한 것일 수 있다.
상기 공간속도는 체류시간의 역수로, 체류시간은 촉매의 양과 유속의 함수이다. 공간속도는 하기 식으로 계산될 수 있다.
공간속도(Space Velocity; SV)(hr-1)=처리가스유량(m3/hr)÷촉매부피(m3)
이하에서는 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스상 황화수소처리장치의 변형예를 상세히 설명한다. 별도 언급이 없는 한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스상 황화수소처리장치에서 언급한 내용은 모순되지 않는 한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스상 황화수소처리장치의 변형예에 동일하게 적용된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스상 황화수소처리장치의 변형예를 나타낸 도이고, 도 4는 도 3의 장치에 적용 가능한 스크러버의 일 예를 나타낸 개념도이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 가스상 황화수소처리장치의 변형예는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스상 황화수소처리 반응장치와 동일한 형식의 황화수소처리 반응기(110)의 후단에 이산화황 처리용 스크러버(200)를 설치함으로써, 가스상 황화수소가 상기 반응기(110)에 유입되어 전환된 이산화황을 용이하게 처리할 수 있다. 상기 이산화황은 황화수소에 비해 더 물에 용해성이 좋으므로, 스크러버를 이용하여 용이하게 처리할 수 있는 것이다. 그 결과, 가스상 황화수소를 효과적으로 처리할 수 있다. 상기 스크러버(200)는 공지의 스크러버일 수 있다.
도 4를 참조하여 스크러버의 작용을 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 도 4에서 보는 바와 같이 스크러버는 하단에 물이 저수되어 있는 하우징(210)의 상단에 노즐부(240)를 설치하고, 상기 저수된 물을 관로(250)에 의해 펌프 등을 이용하여 노즐부(240)로 이송시켜 유입관(220)을 통해 하우징(210) 내로 들어온 이산화황 함유 가스에 분사하게 된다. 이산화황은 수용성이므로 분사된 물에 의해 용해되어 아래로 떨어지게 되고, 황화수소는 물론 이산화황까지 제거된 가스는 유출관(230)을 통해 외부로 유출되게 된다. 상기 스크러버(200) 후단에 송풍기(300)를 배치하여 황화수소 제거 가스가 유출되도록 할 수 있다.
<실험예>
1. 실험장치의 구성
도 5에 도시된 바와 같이 실험장치를 구성하였다. 황화수소처리반응기는 도 1 내지 도 2에 도시된 장치와 동일한 방식의 것을 사용하였다.
반응기 본체는 내경 46mm, 길이 120mm의 붕규산유리{상품명 파이렉스 유리(pyrex glass)}관을 사용하였다. 관의 양 말단을 다공성(공경 0.0001~2mm)의 내열성 플라스틱 원판(지름 46mm)을 끼워 넣어 수용부가 형성되도록 하였다. 방전봉은 직경 1mm의 텅스텐와이어를 사용하였으며, 외부전극은 알루미늄 호일을 사용하였다. 플라즈마를 발생시키기 위한 전원공급장치는 360W급 고전압 교류(AC)전력공급장치(인가전압:0~18kV, 주파수:60Hz)를 사용하였다. 촉매가 담지된 담체를 상기 수용부에 수용되도록 하였다.
가스발생부는 실험을 위해 일정한 농도의 황화수소 가스를 발생시키는 장치로, 황화수소 봄베, 질량유량조절기, 챔버를 포함한다. 봄베의 황화수소 가스를 질량유량조절기(MFC)로 주입량을 조절한 상태에서 챔버로 일정량 주입하고 희석하여 황화수소의 농도가 약 5ppm의 농도가 유지되도록 하였다. 상기 황화수소 농도는 통상의 하수구로부터 발생하는 가스상 황화수소의 평균적인 농도이다.
황화수소처리반응기 후단에는 송풍기를 연결하여 처리가스가 송풍되도록 하였다.
분석부는 반응기 전단과 후단의 황화수소농도를 측정하는 장비를 포함하며, 미국 APP-Tek사의 Odalog L2 H2S-50을 사용하였으며, 표준가스(H2S 31.6ppm)를 이용하여 수시로 기기의 보정을 하였다.
이산화황은 가스텍검지기(GASTEC, GV-100s, 일본)와 검지관(GASTEC, 0.05-10ppm 측정범위, SO2 5Lb)으로 측정하였다.
교류전압의 측정은 전원장치에 연결된 고전압 프로브(Tektronix, P6015A, 미국)를 디지털 오실로스코프(Tektronix, TDS2014B, 미국)에 연결하여 그 파형을 측정하였다.
사용되는 에너지는 적산전력계를 이용하여 측정하였으며, 비투입에너지(SIE)로 환산하여 나타내었다. 비투입에너지는 처리 가스 유량에 대한 투입 전력의 비로 다음과 같이 정의하였다.
비투입에너지(Wh/m3)=투입전력(W)÷처리가스유량(m3/hr)
2. 촉매가 담지된 담체 제조
담체로는 직경 3~4mm의 구형 감마-Al2O3(414069, Sigma-Aldrich, USA)와 베타-제올라이트(H형, Cosmo chemical, Korea)를 사용하였으며, 0.5M 염산용액에 약 1시간 세정하고, 2차 증류수로 다시 세척하였다. 약 섭씨450도의 공기분위기에서 4시간 동안 소성하여 불순물 제거 및 활성화 처리를 하였다. 담체 단위질량에 대하여 전이금속(Ag, Cu, Mn)의 함침함량이 5wt%가 되도록 전이금속 전구체(AgNO3, CuNO3, MnCl2)를 증류수에 분산시키고, 그 용액을 활성담체에 투입하여 상온에서 30분간 교반한 후 섭씨 50도의 진공회전증발기에서 2시간 증발시켰다. 건조된 촉매를 유리병에 넣고 입구를 알루미늄호일로 덮어 섭씨 약 105도에서 24시간 건조하고, 제조된 촉매를 섭씨 500도 공기분위기에서 약 19시간 소성하였다.
제조된 촉매의 물리적 특성은 BET 비표면적 측정기(BELSORP-mini, BEL, Japan)를 이용하여 비표면적을 측정하였으며, SEM(Scanning electronic microscope; JEOL, JSM-5600, Japan), EDX(Energy dispersive X-ray; Noran, Noran SII-1609, USA)로 표면형상과 성분분석을 하였다.
촉매가 담지된 담체별 SEM 표면형상 분석결과는 도 6에 나타내었다.
도 6에서 보는 바와 같이, 담체의 결정상의 모양은 거의 비슷하나, 전이금속의 종류에 따라 공극이 달라진 것을 볼 수 있다. 이는 담체의 기본구조에 변화가 생긴 것이라기보다는 전이금속이 함침 되면서 공극구조에 영향을 미친 때문으로 판단된다.
또한, 촉매가 담지된 담체별 비표면적을 하기 표 1에 나타내었다.

촉매/담체
비표면적(m2/g)

Ag/감마-Al2O3

291

Cu/감마-Al2O3

208

Mn/감마-Al2O3

200

Ag/베타-제올라이트
480

Cu/베타-제올라이트
462

Mn/베타-제올라이트
403
제조업체에서 제시한 담체의 비표면적이 감마-Al2O3가 315 m2/g이고, 베타-제올라이트가 550 m2/g인 점을 고려하면, 촉매 담지 결과 비표면적이 감소한 것을 알 수 있으며, 촉매와 담체의 종류에 따라서도 비표면적이 변화함을 알 수 있다. 이는 도 6에서 나타난 미세구조에서 볼 수 있는 바와 같이, 전이금속이 담체에 함침되면서 공극구조에 변화를 일으켰기 때문이라고 판단된다.
또한, EDX 성분분석 결과 5wt%씩 함침법으로 제조된 촉매의 담지가 잘 되어 있는 것을 확인하였다.
3. 실험조건
앞서 준비된 촉매가 담지된 담체 등을 사용하여, 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조건으로 황화수소 처리 실험을 하였다.

항목
수치 또는 물질

황화수소 유입농도(ppm)
5

공간속도(hr-1)
30,000~90,000

비투입에너지(Wh/m3)
0.15~1.8

담체
감마-Al2O3, 베타-제올라이트

촉매
Ag, Cu, Mn

촉매 담지된 담체량(g)
40~100
4. 실험결과
4.1 시간에 따른 황화수소 처리효과 확인
촉매와 플라즈마를 동시에 사용하여 황화수소를 제거할 경우, 흡착과 플라즈마에 의한 제거가 동시에 이루어지게 된다. 반응 초기에는 황화수소가 흡착되기 때문에, 반응기 출구에서 농도가 낮아 플라즈마의 영향을 파악하기 어렵다. 따라서, 촉매-플라즈마의 복합 효과를 나타내기 위하여 약 20분 동안 황화수소를 흡착시킨 후에 실험을 수행하였다. 도 7은 경과시간별 유출가스 중 황화수소와 그 생성물인 이산화항의 농도변화를 나타낸 그래프이다. 도 7의 결과는 은이 담지된 베타-제올라이트 촉매를 사용하여 공간속도 60000 hr-1, 비투입에너지 1.2 Wh/m3 조건에서의 결과이다.
도 7에서 보는 바와 같이, 5 ppm의 황화수소가 반응기에 유입되어 초기에는 촉매에 의해 흡착이 이루어지다가 20분 정도가 경과되면 파과되어 출구농도가 인입농도과 같아짐을 알 수 있으며, 20분이 경과한 후 플라즈마를 구동시키면, 촉매-플라즈마 반응에 의해 황화수소의 농도가 급격히 감소하고, 이산화황의 농도가 급격히 증가함을 알 수 있다.
본 발명의 장치와 방법에 의해 황화수소가 물에 더 잘 용해되는 이산화황으로 전환되게 된다. 전환된 이산화황은 습식 스크러버 등을 이용하여 용이하게 제거할 수 있다. 그 결과 처리가 용이하지 않은 황화수소를 처리가 보다 용이한 이산화황으로 전환할 수 있는 점에 본 발명의 장점이 있다 할 수 있다.
4.2 촉매, 담체별 황화수소 처리효과 확인
비투입에너지를 변화시키며, 공간속도 60000 hr-1 조건에서 촉매, 담체에 따른 처리효율을 측정하였고 그 결과를 도 8과 도 9에 나타내었다. 또한, 비교를 위해 담체만에 대한 결과(γ-Al2O3), 촉매와 담체 모두 사용하지 않고 플라즈마만을 사용한 경우(Plasma w/o catalyst)에 대해서도 동일하게 실험하고, 그 결과를 도 8과 도 9에 함께 나타내었다.
도 8은 담체가 감마-Al2O3인 경우 비투입에너지 변화에 따른 황화수소제거율을 나타낸 그래프이고, 도 9는 담체가 베타-제올라이트인 경우 비투입에너지 변화에 따른 황화수소제거율을 나타낸 그래프이다.
도 8과 도 9에서 보는 바와 같이, 촉매-플라즈마를 사용한 경우 단일 플라즈마 반응보다 처리효율이 현저히 높게 나타나고 있다. 이는 플라즈마에 의해 발생된 활성분자와 라디칼이 촉매의 활성화에 큰 영향을 준 것으로 판단된다. 또한, 베타-제올라이트가 감마-Al2O3를 사용했을 때 보다 황화수소 제거효율이 더 높은 것을 나타나는데, 이는 제올라이트가 감마-Al2O3 보다 큰 표면적을 가져 황화수소를 처리하는데 있어 활성라디칼을 쉽게 흡착하여 산화시키기 때문인 것으로 판단된다.
또한 금속촉매의 종류에 따라 제거효율이 달라진다는 것을 알 수 있는데, 두 담체 모두 Ag가 높은 효율을 나타내고 있으며, Mn, Cu의 순으로 나타났다.
특히, 도 9에서 보는 바와 같이, 은이 담지된 베타-제올라이트 담체의 경우 비교적 낮은 비투입에너지에서도 현저하게 높은 처리율을 나타냄을 알 수 있다. 이와 같은 결과로부터 황화수소 처리에 있어서, 은이 담지된 베타-제올라이트 담체가 월등히 우수한 효과를 나타냄을 알 수 있다.
4.3 공간속도와 비투입에너지 변화에 따른 황화수소 처리효과 확인
반응물의 전환율은 촉매층에서의 체류시간에 따라 영향을 받게 되는데, 체류시간은 촉매의 양과 유속의 함수이고, 체류시간의 역수인 공간속도가 촉매층에서 반응물의 체류시간을 설명하는데 주로 사용된다.
가장 높은 H2S 제거효율을 보인 5wt% Ag/베타-제올라이트 촉매에 대하여 그 활성과 공간속도와의 관계를 알아보기 위해 유량을 일정하게 한 상태에서 촉매의 양을 변화시켜, 공간속도를 35000, 45000, 65000, 90000 hr-1로 설정한 후 비투입에너지(0.3, 0.7, 1.0, 1.3, 1.8 Wh/m3)에 따른 처리효율을 측정하였다. 또한, 그 결과를 도 10에 나타내었다.
도 10은 공간속도와 비투입에너지 변화에 따른 황화수소제거율을 나타낸 그래프이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 공간속도가 작을수록, 비투입에너지가 클수록 제거율은 증가하는 경향을 나타낸다. 공간속도 35,000~65,000hr-1이고, 비투입에너지 1.0~1.8Wh/m3인 범위에서 제거율은 60%이상을 나타내어 월등한 효과를 나타낸다. 상기 범위 안과 밖을 기준으로 처리율의 변화가 크게 나타나는 것으로부터, 상기 운전조건에서 가스상 황화수소를 보다 효과적으로 처리할 수 있음을 알 수 있다. 특히 공간속도 35,000~65,000hr-1이고, 비투입에너지 1.8Wh/m3에서는 처리율이 100%를 나타내어 특히 월등한 효과를 나타냄을 알 수 있다.
이상의 결과로부터 본 발명의 장치에 의해 가스상 황화수소를 효과적으로 처리할 수 있음을 알 수 있다.
10: 반응기 본체 11: 가스유입부
13: 가스유출부 15: 수용부
20, 30: 지지부 25: 관통공
40: 방전 전극 60: 외부 전극
70: 접지부 80: 전력 공급부
83, 85: 전선 100: 가스상 황화수소 처리장치
110: 가스상 황화수소 처리 반응기
200: 스크러버 210: 하우징
220: 유입관 230:유출관
240:노즐부 250: 관로
300: 송풍기

Claims (10)

  1. 내부에 방전전극과 촉매가 담지된 담체를 수용할 수 있는 수용부, 및 일단과 타단에 각각 형성된 개방부로 이루어진 가스유입부와 가스유출부를 포함하며, 붕규산유리인 유전물질로 이루어진 반응기 본체;
    상기 수용부에 수용되고, 일부가 반응기 본체의 내측면에 접하게 배치되되, 일부 또는 전부가 나선 형상인 방전 전극;
    상기 반응기 본체의 외측에 접하게 배치되는 알루미늄으로 이루어진 외부 전극;
    상기 외부 전극에 일단이 연결된 접지부;
    상기 방전전극에 비투입에너지가 1.8 Wh/m3이 되도록 전력을 공급하는 전력 공급부;
    상기 수용부에 수용되고, 은이 5중량%의 함량이 되도록 함침하여 담지한 은 촉매가 담지된 베타 제올라이트 담체; 및
    상기 수용부의 가스유입부측단과 가스유출부측단 각각에 형성되어 상기 수용부를 폐쇄하되, 가스는 통과하고 상기 담체는 통과되지 않는 공경을 갖는 관통공을 포함하는 내열성 지지부를 포함하고,
    상기 담체는 복수개의 구형담체로, 상기 방전 전극이 상기 담체에 의해 둘러싸여 있고,
    후처리를 위해 상기 반응기 본체의 후단에 이산화황처리용 스크러버를 추가로 포함하며,
    상기 수용부는 가스상 황화수소를 공간속도 65,000hr-1로 통과시키는 가스상 황화수소 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020110077259A 2011-08-03 2011-08-03 가스상 황화수소 처리 장치 KR101349973B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110077259A KR101349973B1 (ko) 2011-08-03 2011-08-03 가스상 황화수소 처리 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110077259A KR101349973B1 (ko) 2011-08-03 2011-08-03 가스상 황화수소 처리 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130015329A KR20130015329A (ko) 2013-02-14
KR101349973B1 true KR101349973B1 (ko) 2014-01-23

Family

ID=47895164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110077259A KR101349973B1 (ko) 2011-08-03 2011-08-03 가스상 황화수소 처리 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101349973B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109718644A (zh) * 2019-01-14 2019-05-07 江苏河海新能源股份有限公司 一种等离子体脱硫装置与方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07155611A (ja) * 1993-12-09 1995-06-20 Toyo C C I Kk 悪臭物質除去用触媒と除去方法
JP2001508349A (ja) * 1996-01-10 2001-06-26 クエイカー ケミカル コーポレイション ガス流からの硫化物を除去するための再生方法および組成物
KR20060026424A (ko) * 2003-06-17 2006-03-23 닛테쯔 고우교 가부시키가이샤 산화 촉매와 저온 플라즈마를 이용하는 기체 처리 방법 및기체 처리 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07155611A (ja) * 1993-12-09 1995-06-20 Toyo C C I Kk 悪臭物質除去用触媒と除去方法
JP2001508349A (ja) * 1996-01-10 2001-06-26 クエイカー ケミカル コーポレイション ガス流からの硫化物を除去するための再生方法および組成物
KR20060026424A (ko) * 2003-06-17 2006-03-23 닛테쯔 고우교 가부시키가이샤 산화 촉매와 저온 플라즈마를 이용하는 기체 처리 방법 및기체 처리 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130015329A (ko) 2013-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Abedi et al. Decomposition of chlorinated volatile organic compounds (CVOCs) using NTP coupled with TiO2/GAC, ZnO/GAC, and TiO2–ZnO/GAC in a plasma-assisted catalysis system
Mei et al. Atmospheric pressure non‐thermal plasma activation of CO2 in a packed‐bed dielectric barrier discharge reactor
Yoon et al. Simultaneous oxidation and absorption of NO x and SO2 in an integrated O3 oxidation/wet atomizing system
US20050214181A1 (en) Dielectric, gas treatment apparatus using the same, and plasma generator
US6471932B1 (en) Process for the plasma-catalytic production of ammonia
US20030146310A1 (en) Method, process and apparatus for high pressure plasma catalytic treatment of dense fluids
CN211464276U (zh) 一种低温等离子体连续氧化床降解土壤中POPs污染物的装置
US6528022B1 (en) Ozone generating apparatus and corona generating apparatus
CN112930226A (zh) 一种发动机尾气臭氧净化***和方法
Chen et al. Regeneration of activated carbon saturated with odors by non-thermal plasma
WO2002040835A9 (en) Pollution control device
KR101349973B1 (ko) 가스상 황화수소 처리 장치
KR101349974B1 (ko) 가스상 황화수소 처리 방법
CN113163566B (zh) 一种等离子体改性碳材料的装置及方法
Nitsche et al. Plasma catalytical reactors for atmospheric gas conversions
Ogasawara et al. Decomposition of toluene using nanosecond-pulsed-discharge plasma assisted with catalysts
JP4235580B2 (ja) 誘電体
Abedi et al. Effect of TiO-ZnO/GAC on by-product distribution of CVOCs decomposition in a NTP-assisted catalysis system
KR101817907B1 (ko) 유해 및 악취가스 제거장치
KR102411341B1 (ko) 유해가스 제거용 플라즈마 촉매 반응기 및 이를 이용한 유해가스 처리 방법
PL211631B1 (pl) Sposób i urządzenie do usuwania związków złowonnych przy produkcji asfaltu
CN107866216A (zh) 一种催化剂及利用其净化甲醛的工艺和装置
JP5369448B2 (ja) 放電電極およびそれを用いた空気浄化装置
KR20120124109A (ko) 유전체 배리어 방전 활성화 알루미나를 이용한 육불화황 분해장치 및 분해방법
Park et al. Decomposition of cyanogen chloride by using a packed bed plasma reactor at dry and wet air in atmospheric pressure

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161227

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171228

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee