KR102276016B1

KR102276016B1 - System for Selective Oxidation of H2S

Info

Publication number: KR102276016B1
Application number: KR1020190020655A
Authority: KR
Inventors: 김성수; 장순웅; 원종철; 조준호; 박상현; 김종석; 김문정
Original assignee: 경기대학교 산학협력단; 수도권매립지관리공사
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2021-07-12
Also published as: KR20200102249A

Abstract

본 발명은 황화수소 선택적 산화 반응 시스템으로, 촉매가 공급되는 내부 공간이 형성되어, 바이오 가스 또는 매립지가스 가 주입됨에 따라 일정 온도에서 황화수소가 선택적 산화 반응하는 반응기와, 반응기의 하단에 연결되어, 황이 제거된 바이오 가스 또는 매립지가스를 분리 배출하는 회수부와, 반응기의 상면에 일단이 관통 연결되고, 타단으로부터 공급된 황화수소가 포함된 바이오 가스 또는 매립지가스를 반응기의 내부 공간으로 이동시키는 가스 주입로와, 펌프가 가압됨에 따라, 가스 주입로에 공기를 주입시키는 공기 주입부와, 주입되는 바이오 가스 또는 매립지가스를 촉매 반응을 위한 소정 온도로 가열하는 가스 가열부와, 가스 주입로에 황화수소가 포함된 바이오 가스 또는 매립지가스가 공급됨에 따라, 펌프를 가압하는 제어부를 포함한다. The present invention is a hydrogen sulfide selective oxidation reaction system, in which an internal space to which a catalyst is supplied is formed, and a reactor in which hydrogen sulfide is selectively oxidized at a predetermined temperature as biogas or landfill gas is injected, and connected to the lower end of the reactor, sulfur is removed A recovery unit for separating and discharging the biogas or landfill gas, and a gas injection path having one end connected through the upper surface of the reactor and moving the biogas or landfill gas containing hydrogen sulfide supplied from the other end into the inner space of the reactor; As the pump is pressurized, an air injection unit for injecting air into the gas injection path, a gas heating unit for heating the injected biogas or landfill gas to a predetermined temperature for catalytic reaction, and a biogas injection path containing hydrogen sulfide As gas or landfill gas is supplied, it includes a control unit that pressurizes the pump.

Description

황화 수소 선택적 산화 반응 시스템{System for Selective Oxidation of H2S}Hydrogen sulfide selective oxidation reaction system {System for Selective Oxidation of H2S}

본 발명은 바이오 가스 또는 매립지가스에 포함된 황화수소를 제거하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for removing hydrogen sulfide contained in biogas or landfill gas.

일반적으로 화석연료의 대체연료로 천연가스와 함께 바이오 가스(bio gas) 또는 매립지 가스의 이용이 가능하다.In general, biogas or landfill gas can be used along with natural gas as an alternative fuel to fossil fuels.

바이오 가스 또는 매립지 가스는 유기물이 산소가 없는 극도의 환원 상태에서 미생물에 의해 분해되면서 생성되는 메탄(CH₄), 이산화탄소(CO₂), 황화수소, 수소 등을 포함하는 기체 혼합물을 지칭하는 것으로, 일반적으로 축산 분뇨, 음식물 쓰레기, 하수처리장 슬러지(sludge)와 같이 유기물인 바이오 매스(biomass) 함량이 높은 유기성 폐기물을 발효시키면 쉽게 얻어진다. 원료물질인 유기성 폐기물은 인간 활동과 여러 산업 활동을 통해 끊임없이 양산된다. 바이오 가스 또는 매립지가스는 다량의 유기물질을 함유하는 유기성 폐기물을 산소가 존재하지 않는 언에어로빅(anaerobic) 상태에서 혐기성 소화 처리하면 유기물질이 분해되어 생성된다. _{Biogas or landfill gas refers to a gas mixture containing methane (CH 4} ), carbon dioxide (CO ₂ ), hydrogen sulfide, hydrogen, etc. produced when organic matter is decomposed by microorganisms in an extremely reduced state without oxygen, generally It is easily obtained by fermenting organic wastes with high biomass content, such as livestock manure, food waste, and sewage treatment plant sludge. Organic waste, which is a raw material, is continuously mass-produced through human activities and various industrial activities. Biogas or landfill gas is generated by decomposing organic wastes containing a large amount of organic substances by anaerobic digestion in the absence of oxygen.

바이오 매스는 하수 슬러지, 펄프 슬러지 등 산업 폐기물이나 가정 쓰레기, 분뇨 등의 생활 폐기물, 농산물의 폐재, 가축류의 분뇨 또는 절단한 목재류 등 유기성 고체물질의 총칭을 말한다.Biomass refers to a generic term for organic solid materials such as industrial wastes such as sewage sludge and pulp sludge, household wastes and household wastes such as manure, agricultural waste ash, livestock manure, or cut wood.

바이오 매스로부터 수득한 바이오 가스 또는 매립지가스는 가연성 물질인 메탄이 주성분이기 때문에 다양한 에너지원으로 이용 가능한 재생 에너지원으로서 연료전지, 보일러, 열병합 발전 등 전기나 열을 생산하는 다양한 공정의 연료로 사용될 수 있다.Biogas or landfill gas obtained from biomass is a renewable energy source that can be used as a variety of energy sources because the main component is methane, a combustible material, and can be used as a fuel for various processes that produce electricity or heat, such as fuel cells, boilers, and cogeneration. have.

한편, 매립 가스 역시 바이오 가스 또는 매립지가스와 유사하게 유기성 폐기물들의 생물 분해에서 획득되는 것으로, 다양한 화학 물질을 가지고 있으며 일반적으로 메탄, 이산화탄소 및 황화수소를 포함한다.On the other hand, landfill gas is also obtained from biodegradation of organic wastes similar to biogas or landfill gas, has various chemicals, and generally includes methane, carbon dioxide and hydrogen sulfide.

상기와 같은 유기성 폐기물로부터 유래된 가스는 재생가능한 에너지로 이용될 수 있으며, 소화조 또는 매립지에서 발생되는 메탄의 농도는 40 내지 65% 수준으로 높아서 열병합발전시스템 등의 연료로 사용하기 위한 기술이 개발되고 있다.Gas derived from organic waste as described above can be used as renewable energy, and the concentration of methane generated in a digester or landfill is as high as 40 to 65%, so a technology for using it as a fuel for a cogeneration system, etc. has been developed and have.

그러나 일반적으로 바이오 가스 또는 매립 가스에는 주성분인 메탄 및 이산화탄소와 함께 불순물로써 황화수소(H₂S)가 수백 내지 수만 ppm 정도 포함되어 있다. 황화수소는 물에 잘 녹지 않는 부식성 가스이며 악취의 원인일 뿐만 아니라 연소 시에 이산화황(SO₂)으로 바뀌어 대기로 배출되면 산성비의 원인이 되거나 엔진을 부식시킬 수 있으며 미세 먼지를 발생시킨다. 황화수소는 썩은 계란 냄새를 발생하는 것으로 인체에 대한 유해성이 널리 알려져 있으며, 농도가 증가함에 따라 불쾌감, 눈, 목 등에 통증을 느끼게 되며, 400ppm 이상이 되면 30분 정도의 노출에 의해서도 생명이 위험할 수 있다However, in general, biogas or landfill gas contains hundreds to tens of thousands of ppm _{of hydrogen sulfide (H 2} S) as impurities along with methane and carbon dioxide as main components. Hydrogen sulfide is a corrosive gas that does not dissolve well in water, and not only causes bad odors, but also converts to sulfur dioxide (SO ₂ ) during combustion and is discharged into the atmosphere, causing acid rain or corrosion of the engine and generating fine dust. Hydrogen sulfide is widely known to be harmful to the human body by generating the smell of rotten eggs. As the concentration increases, discomfort and pain in the eyes and throat are felt. If it exceeds 400ppm, even 30 minutes of exposure can be life-threatening. have

따라서, 상기와 같은 바이오 가스 또는 매립지가스 또는 매립 가스 스트림으로부터 황화수소를 미리 제거할 필요가 있으며, 황화수소가 제거된 가스는 더욱 실용적인 대안 에너지를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.Therefore, it is necessary to remove hydrogen sulfide from the biogas or landfill gas or landfill gas stream as described above, and it is expected that the gas from which hydrogen sulfide has been removed can provide a more practical alternative energy.

현재 황화수소의 처리 공정으로 흡착제를 이용한 건식 처리 방식이 또는 습식 처리 방식이 주로 사용되는데, 건식 처리 방식의 경우 흡착제의 주기적인 교체가 필요하며, 습식처리 방법은 별도의 2차 폐수 처리 과정이 필요하다. 또한, 이러한 기존 공정들은 과도한 부지 사용, 추가 폐수 처리 등과 같은 관리 운영 난제 뿐만 아니라 고농도의 황화수소 발생 시 처리가 용이하지 않다.Currently, a dry treatment method or a wet treatment method using an adsorbent is mainly used as a treatment process for hydrogen sulfide. In the case of the dry treatment method, periodic replacement of the adsorbent is required, and the wet treatment method requires a separate secondary wastewater treatment process. . In addition, these existing processes are difficult to handle when high concentrations of hydrogen sulfide are generated as well as management and operation difficulties such as excessive site use and additional wastewater treatment.

본 발명은 단순한 공정 처리가 수행되는 황화수소 선택적 촉매 산화 반응 시스템을 제공한다. The present invention provides a hydrogen sulfide selective catalytic oxidation reaction system in which a simple process treatment is carried out.

또한, 본 발명은 고농도 황화수소 처리가 가능한 황화수소 선택적 산화 반응 시스템을 제공한다. In addition, the present invention provides a hydrogen sulfide selective oxidation reaction system capable of high-concentration hydrogen sulfide treatment.

또한, 본 발명은 황화수소 처리 공정이 다단식으로 구성되어 미반응물의 추가적인 처리가 가능한 황화수소 선택적 산화 반응 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides a hydrogen sulfide selective oxidation reaction system in which the hydrogen sulfide treatment process is configured in a multi-stage manner to allow additional treatment of unreacted substances.

제어부는 산소/황화수소의 몰비가 0.3 내지 0.6이 되도록 공기 유량을 조절하여 공기 주입부의 펌프를 가압 제어할 수 있다.The control unit may control the pressure of the pump of the air injection unit by adjusting the air flow rate so that the molar ratio of oxygen/hydrogen sulfide is 0.3 to 0.6.

반응기는 반응기에 내부에서 촉매를 공급하는 촉매 공급부와, 반응 후, 촉매를 재생하기 위해 촉매를 가열하는 촉매 가열부를 포함할 수 있다.The reactor may include a catalyst supply unit for supplying a catalyst from the inside to the reactor, and a catalyst heating unit for heating the catalyst to regenerate the catalyst after the reaction.

촉매 공급부는 반응기 내부 측면에 코팅된 형태의 촉매를 제공할 수 있다.The catalyst supply unit may provide the catalyst in the form of a coating on the inner side of the reactor.

촉매 공급부는 반응기에 매쉬 형태의 촉매 고정부가 구비되고, 촉매 고정부의 상단에 촉매가 배치될 수 있다.The catalyst supply unit may be provided with a catalyst fixing unit in the form of a mesh in the reactor, and a catalyst may be disposed at an upper end of the catalyst fixing unit.

촉매는 파우더, 허니컴 및 중공사 중 하나의 형태일 수 있다.The catalyst may be in the form of one of powder, honeycomb, and hollow fiber.

촉매 가열부는 전기 히터 또는 보조 연료를 이용하여 200-600 ℃ 사이의 온도로 촉매를 가열한다. The catalyst heating unit heats the catalyst to a temperature between 200-600° C. using an electric heater or auxiliary fuel.

가스 가열부 및 반응열에 의해 가열된 반응기 내부의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함하되, 제어부는 온도 센서에 의해 반응기 내부의 온도가 소정 임계치 이상임이 감지됨에 따라, 가스 가열부의 가열 정도를 120-300 ℃ 사이로 조절할 수 있다. Further comprising a temperature sensor for sensing the temperature inside the reactor heated by the gas heating unit and the reaction heat, the control unit as the temperature inside the reactor is detected by the temperature sensor to be above a predetermined threshold, the heating degree of the gas heating unit 120- It can be adjusted between 300 °C.

회수부는 반응기에 수직 연결되는 통형으로 형성되고, 회수부의 상면을 관통하여 돌출 연장 형성된 가스 배출로를 포함할 수 있다. The recovery unit may be formed in a cylindrical shape vertically connected to the reactor, and may include a gas discharge path formed to protrude through the upper surface of the recovery unit.

회수부는 반응기와 연결된 하단에서 촉매 반응 후 생성되는 생성물인 황 및 수분을 냉각시켜 황 및 수분을 응축시킨다. The recovery unit condenses sulfur and moisture by cooling sulfur and moisture, which are products produced after the catalytic reaction, at the lower end connected to the reactor.

회수부는 회수부의 마주보는 측면들 각각에 상이한 높이 위치로 순차적으로 설치되는 복수의 메쉬 망 형태의 고체 황 회수 카트리지들을 포함하되, 회수부의 측면에서부터 하방으로 비스듬히 연장되는 형태일 수 있다. The recovery unit includes a plurality of mesh network-type solid sulfur recovery cartridges sequentially installed at different height positions on each of the opposite sides of the recovery unit, and may be of a form extending obliquely downward from the side of the recovery unit.

반응기는 둘 이상의 서브 반응기들로 구성되고, 가스 주입로는 분기되어 둘 이상의 서브 반응기들 각각의 상면에 관통 연결될 수 있다. The reactor is composed of two or more sub-reactors, and the gas injection path may be branched and connected through the upper surface of each of the two or more sub-reactors.

회수부는 하나로, 둘 이상의 서브 반응기들 각각에 모두 연결되는 것일 수 있다. One recovery unit may be connected to each of two or more sub-reactors.

회수부는 둘 이상의 서브 반응기들 각각에 연결되도록 별도의 두 개로 형성되는 것일 수 있다. The recovery unit may be formed as two separate units to be connected to each of the two or more sub-reactors.

가스 주입로는 분기된 주입로들 각각이 별도의 밸브들 각각 의해 개폐되며, 제어부는 둘 이상의 서브 반응기들 중 하나의 서브 반응기만 개방하고, 나머지 서브 반응기들은 차단되도록 밸브들을 제어할 수 있다. Each of the gas injection paths may be opened and closed by separate valves, and the controller may control the valves to open only one sub-reactor among the two or more sub-reactors and block the remaining sub-reactors.

제어부는 촉매 가열부를 통해 차단된 반응기의 온도를 200-600 ℃로 유지도록 제어할 수 있다. The control unit may control the temperature of the blocked reactor through the catalyst heating unit to be maintained at 200-600°C.

촉매가 공급되는 내부 공간이 형성되어, 바이오 가스 또는 매립지가스 가 주입됨에 따라 일정 온도에서 황화수소가 선택적 산화 반응하는 다른 반응기와, 반응기의 하단에 연결되어, 황이 제거된 바이오 가스 또는 매립지가스를 분리 배출하는 다른 회수부와, 다른 반응기의 상면에 일단이 관통 연결되고, 타단으로부터 공급된 황화수소가 포함된 바이오 가스 또는 매립지가스를 반응기의 내부 공간으로 이동시키는 다른 가스 주입로를 더 포함할 수 있다. An internal space to which the catalyst is supplied is formed, and as biogas or landfill gas is injected, it is connected to another reactor in which hydrogen sulfide selectively oxidizes at a certain temperature and at the bottom of the reactor, and biogas or landfill gas from which sulfur has been removed is discharged It may further include another recovery unit and another gas injection path having one end connected through the upper surface of the other reactor and moving biogas or landfill gas containing hydrogen sulfide supplied from the other end into the internal space of the reactor.

반응기 및 다른 반응기는 각각 둘 이상의 서브 반응기들로 구성되고, 가스 주입로 및 다른 가스 주입로는 각각 분기되어 둘 이상의 서브 반응기들 각각의 상면에 관통 연결되는 것일 수 있다. The reactor and the other reactor may each be composed of two or more sub-reactors, and the gas injection path and the other gas injection path may each be branched and connected through the top surface of each of the two or more sub-reactors.

본 발명의 선택적 촉매 산화법은 공정이 컴팩트할 뿐만 아니라 타 기술에 비해 상온-300 ℃ 이하의 비교적 저온에서도 처리가 가능하다. The selective catalytic oxidation method of the present invention has a compact process and can be treated at a relatively low temperature of room temperature-300° C. or less compared to other technologies.

또한, 본 발명은 H₂S에서 S로의 직접 산화가 가능한 기술로서, SO₂가 발생되지 않아 SO₂의 추가적인 처리가 불필요하며, 바이오 가스 또는 매립지가스 의 고품질화가 가능하고, 원소 황으로의 회수를 통해 추가적인 에너지 자원 확보가 가능하다는 점에서 활용가치가 높은 공정이다.In addition, the present invention is a technology capable of direct oxidation _{of H 2} _{S to S. Since SO 2} is not generated _{, additional treatment of SO 2} is unnecessary, high quality of biogas or landfill gas is possible, and recovery of elemental sulfur is achieved. It is a process with high utilization value in that it is possible to secure additional energy resources through this process.

또한, 본 발명은 상온에서 처리할 경우 H₂S에서 SO₂로의 전환 또한 가능하여 적용하고자 하는 여러 공정에 적용 가능할 것으로 판단된다. In addition, the present invention is considered to be applicable to various processes to be applied because it is also possible to convert _{H 2} S to SO _{2 when treated at room temperature.}

도 1a 내지 도 2b 및 도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 황화수소 선택적 산화 반응 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 반응기와 회수부 연결 형태의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 회수부의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 황화수소 선택적 산화 반응 과정을 설명하기 위한 순서도이다.1A to 2B and 5 are diagrams schematically illustrating a hydrogen sulfide selective oxidation reaction system according to various embodiments of the present invention.
3 is a view showing an example of the reactor and the recovery unit connection form according to the present invention.
4 is a view showing an example of a recovery unit according to the present invention.
6 is a flowchart for explaining a hydrogen sulfide selective oxidation reaction process according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

도 1a 내지 도 2b 및 도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 황화수소 선택적 산화 반응 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 반응기와 회수부 연결 형태의 일 예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 회수부의 일 예를 도시한 도면이다. 1A to 2B and 5 are views schematically illustrating a hydrogen sulfide selective oxidation reaction system according to various embodiments of the present invention, and FIG. 3 is a view showing an example of a connection form between a reactor and a recovery unit according to the present invention and FIG. 4 is a view showing an example of a recovery unit according to the present invention.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 황화수소 선택적 산화 반응 시스템은 반응기(10-1, 10-2), 가스 주입로(20), 공기 주입부(30), 제어부(40), 가스 가열부(50) 및 회수부(60)를 포함한다. 1A and 1B, the hydrogen sulfide selective oxidation reaction system according to an embodiment of the present invention includes reactors 10-1 and 10-2, a gas injection path 20, an air injection unit 30, It includes a control unit 40 , a gas heating unit 50 , and a recovery unit 60 .

반응기(10-1, 10-2)는 황화수소(H₂S)가 촉매가 공급되는 내부 공간이 형성되어, 황화수소(H₂S)가 포함된 바이오 가스 또는 매립지가스가 주입됨에 따라 일정 온도에서 황화수소가 선택적 산화 반응한다. 일 예로, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 원통형 형태일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이러한 반응기(10-1, 10-2)는 촉매 공급부(11, 13, 14) 및 촉매 가열부(12)로 구성될 수 있다. The reactors 10-1 and 10-2 _{have an internal space to which hydrogen sulfide (H 2} S) is supplied with a catalyst, and _{as biogas or landfill gas containing hydrogen sulfide (H 2} S) is injected, hydrogen sulfide at a certain temperature is a selective oxidation reaction. As an example, it may have a cylindrical shape as shown in FIGS. 1A and 1B , but the present invention is not limited thereto. The reactors 10 - 1 and 10 - 2 may include catalyst supply units 11 , 13 , 14 and a catalyst heating unit 12 .

반응기(10-1, 10-2)의 상면은 별도의 뚜껑이 구비되어 개폐가 가능한 형태로 이루어지거나, 폐쇄된 형태로 이루어질 수도 있는데, 가스 주입로(20)는 반응기(10-1, 10-2)의 상면에 일단(21)이 관통 연결되고, 타단(22)으로부터 공급된 황화수소(H₂S)가 포함된 바이오 가스 또는 매립지가스를 반응기(10-1) 또는 (10-2)의 내부 공간으로 이동시킨다. The upper surfaces of the reactors 10-1 and 10-2 are provided with a separate lid to allow opening and closing, or may be formed in a closed form. The gas injection path 20 is connected to the reactors 10-1, 10- One end 21 is connected through the upper surface of 2), and _{biogas or landfill gas containing hydrogen sulfide (H 2} S) supplied from the other end 22 is gaseous to the inside of the reactor 10-1 or 10-2. move into space

이와 같이 가스 주입로(20)를 통해 공급되는 황화수소(H₂S)를 포함하는 바이오 가스 또는 매립지가스는 반응기(10-1) 또는 (10-2)의 내부 공간에서 촉매에 의해 다음과 같은 <화학식 1>과 같이 황화수소(H₂S) 1몰당 0.5몰의 산소(O₂)와 반응하여 황(S)으로 회수된다. _{As such, biogas or landfill gas containing hydrogen sulfide (H 2} S) supplied through the gas injection path 20 is produced by a catalyst in the internal space of the reactor 10-1 or 10-2 as follows. As shown in Chemical Formula 1>, 0.5 mol of oxygen (O ₂ _{) per 1 mol of hydrogen sulfide (H 2} S) is reacted and recovered as sulfur (S).

그런데, 황화수소의 반응 양론 비에 해당하는 산소가 존재할 경우 열역학적으로 전환이 가능하나, 양론비 이하로 산소가 존재할 경우 100%의 황화수소 전환이 어렵다고 알려져 있으나, 촉매의 종류에 따라 그 비율은 유동적이다. However, thermodynamic conversion is possible when oxygen corresponding to the stoichiometric ratio of hydrogen sulfide is present, but it is known that 100% hydrogen sulfide conversion is difficult when oxygen is present below the stoichiometric ratio, but the ratio is flexible depending on the type of catalyst.

따라서, 본 발명에 따른 공기 주입부(30)는 바이오 가스 또는 매립지가스에서 황화수소 대 산소의 농도는 촉매종류에 따라 다소 차이가 날 수 있으며 산소/황화수소의 몰비가 0.3 내지 0.6이 되도록 공기 유량을 조절하여 바이오 가스 또는 매립지가스 주입로(20)에 공기를 주입시킨다. 공기 주입부(30)는 공기 저장부(31)와 바이오 가스 또는 매립지가스 주입로(20)에 연결된 노즐(32) 상의 펌프(33)를 이용하여 주입되는 공기 유량이 조절되는 형태로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제어부(40)는 반응기(10-1, 10-2) 내의 공기 조성비를 측정할 수 있는 센서(미도시)를 통해, 감지된 공기 조성비에서 산소/황화수소의 몰비가 0.3 내지 0.6이 되도록 공기 유량을 조절하여 공기 주입부의 펌프(33)를 가압한다. Therefore, in the air injection unit 30 according to the present invention, the concentration of hydrogen sulfide to oxygen in biogas or landfill gas may be slightly different depending on the type of catalyst, and the air flow rate is adjusted so that the molar ratio of oxygen/hydrogen sulfide is 0.3 to 0.6. to inject air into the biogas or landfill gas injection path 20 . The air injection unit 30 may be configured in such a way that the flow rate of the air injected using the pump 33 on the nozzle 32 connected to the air storage unit 31 and the biogas or landfill gas injection path 20 is adjusted. have. According to one embodiment, the control unit 40 through a sensor (not shown) capable of measuring the air composition ratio in the reactors 10-1 and 10-2, the molar ratio of oxygen/hydrogen sulfide in the sensed air composition ratio is 0.3 to The air flow rate is adjusted so as to be 0.6 to pressurize the pump 33 of the air injection unit.

반응기(10-1, 10-2)의 내부에는 황화수소를 황으로 전환시키는 촉매가 공급되는데, 본 발명에 따라 촉매 공급부(11, 13, 14)는 다양한 실시 예가 가능하다.A catalyst for converting hydrogen sulfide to sulfur is supplied to the inside of the reactors 10-1 and 10-2, and various embodiments of the catalyst supply units 11, 13, and 14 are possible according to the present invention.

일 실시 예로, 도 1a에 도시된 바와 같이 촉매 공급부(11)는 반응기(10-1) 내부 측면에 코팅된 형태의 촉매를 제공할 수도 있다. In an embodiment, as shown in FIG. 1A , the catalyst supply unit 11 may provide a catalyst in a coated form on the inner side surface of the reactor 10 - 1 .

다른 실시 예로, 도 1b에 도시된 바와 같이 촉매 공급부(13, 14)는 반응기(10-2)에 촉매 고정부(13)가 구비되고, 촉매 고정부(13)의 상단에 촉매(14)가 배치되는 형태로 이루어질 수도 있다. 여기서, 촉매 고정부(13)는 원활한 가스의 이동을 위한 스테인리스 재질의 메쉬 형태의 원형 또는 사각형 형태의 지지대의 형태일 수 있다. 이때, 촉매 고정부(13)에 배치되는 촉매(14)의 형태는 파우더 형태 또는 촉매물질이 코팅된 담체 형태의 촉매(허니컴 형태, 중공사 형태)일 수 있다. In another embodiment, as shown in FIG. 1B , in the catalyst supply units 13 and 14 , the catalyst fixing unit 13 is provided in the reactor 10 - 2 , and the catalyst 14 is disposed at the upper end of the catalyst fixing unit 13 . It may be made in the form in which it is arranged. Here, the catalyst fixing unit 13 may be in the form of a supporter in the form of a stainless steel mesh-shaped circular or rectangular shape for smooth gas movement. In this case, the catalyst 14 disposed on the catalyst fixing unit 13 may be in the form of a powder or a catalyst (honeycomb form, hollow fiber form) coated with a catalyst material.

전술한 바와 같이 공급된 촉매를 이용한 황화수소의 황 전환 성능을 유지하기 위해, 가스 가열부(50)가 가스 주입로(20) 상에 설치되어, 유입되는 가스를 가열하되, 제어부(40)의 제어에 의해 전기 히터 또는 보조 연료를 이용하여 120-300 ℃ 사이의 온도로 촉매를 가열 한다. 그런데, 상황에 따라, 가스 가열부(50) 대신 촉매 가열부(12)가 동일한 기능을 수행하도록 이용하는 것도 가능하다. 따라서, 바이오 가스 또는 매립지가스는 반응기(10-1, 10-2)의 내부에서 촉매와 보다 원활하게 반응하는 것이 가능하다. In order to maintain the sulfur conversion performance of hydrogen sulfide using the supplied catalyst as described above, a gas heating unit 50 is installed on the gas injection path 20 to heat the incoming gas, but the control of the control unit 40 By using an electric heater or auxiliary fuel, the catalyst is heated to a temperature between 120-300 °C. However, depending on circumstances, it is also possible to use the catalyst heating unit 12 instead of the gas heating unit 50 to perform the same function. Accordingly, biogas or landfill gas may more smoothly react with the catalyst inside the reactors 10 - 1 and 10 - 2 .

그런데, 반응기(10-1, 10-2) 내부 온도는 촉매에 의해 황화수소가 황 전환됨에 따라, 반응열이 발생되어 그 온도가 상승된다. 따라서, 촉매 반응 초기의 일정 시간이 경과되면, 가스 가열부(50) 또는 촉매 가열부(12)는 더 이상 유입가스를 가열할 필요가 없어지게 되거나, 가열 정도를 조절할 필요가 있게 된다. 따라서, 본 발명에서는 촉매에 의한 반응열 및 가스가열부(50) 또는 촉매 가열부(12)에 의해 가열된 반응기 내부의 온도를 감지하는 온도 센서(미도시)를 더 구비하여, 제어부(40)는 온도 센서에 의해 반응기(10-1, 10-2) 내부의 온도가 소정 임계치 이상임이 감지됨에 따라, 가스히터(미도시)의 동작을 정지시키거나, 가열 정도를 조절한다. However, as hydrogen sulfide is converted to sulfur by the catalyst, the internal temperature of the reactors 10-1 and 10-2 generates heat of reaction and the temperature rises. Accordingly, when a certain time elapses from the initial stage of the catalytic reaction, the gas heating unit 50 or the catalyst heating unit 12 no longer needs to heat the inflow gas, or it is necessary to adjust the heating degree. Accordingly, in the present invention, a temperature sensor (not shown) for detecting the heat of reaction by the catalyst and the temperature inside the reactor heated by the gas heating unit 50 or the catalyst heating unit 12 is further provided, and the control unit 40 is When it is detected by the temperature sensor that the temperature inside the reactors 10-1 and 10-2 is above a predetermined threshold, the operation of the gas heater (not shown) is stopped or the heating degree is adjusted.

전술한 바와 같이 공급된 촉매의 재생을 위해, 공기가 유입되는 조건하에, 반응기(10-1, 10-2)에 포함된 촉매 가열부(12)를 이용하여, 제어부(40)의 제어에 의해 200-600 ℃ 사이의 온도 조건에서 전기히터 또는 보조연료를 이용하여 촉매를 가열한다. 따라서 반응기(10-1, 10-2) 내부에 축적된 황 또는 불순물을 제거함으로써, 촉매의 반응을 원활하게 재생하는 것이 가능하다. For regeneration of the catalyst supplied as described above, under the condition that air is introduced, using the catalyst heating unit 12 included in the reactors 10-1 and 10-2, under the control of the controller 40 The catalyst is heated using an electric heater or auxiliary fuel at a temperature between 200-600 °C. Therefore, by removing the sulfur or impurities accumulated inside the reactors 10-1 and 10-2, it is possible to smoothly reproduce the reaction of the catalyst.

그런데, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 반응기는 촉매 반응과 재생을 위해 주기적으로 전환될 수 있도록, 둘 이상의 서브 반응기들(10-1a, 10-1b, 10-2a, 10-2b)로 구성될 수 있다.However, referring to FIGS. 2A and 2B , the reactor consists of two or more sub-reactors 10-1a, 10-1b, 10-2a, and 10-2b so that the reactor can be periodically switched for catalytic reaction and regeneration. can be

이때, 가스 주입로(20)는 분기되어 둘 이상의 서브 반응기들(10-1a, 10-1b, 10-2a, 10-2b) 각각의 상면에 관통 연결될 수 있다. 분기된 주입로들 각각은 별도의 밸브들(23a, 23b) 각각 의해 개폐될 수 있는데, 제어부(40)는 둘 이상의 서브 반응기들(10-1a, 10-1b, 10-2a, 10-2b) 중 하나의 서브 반응기만 개방하고, 나머지 서브 반응기들은 차단되도록 밸브들(23a, 23b)을 제어한다. 또한, 제어부(40)는 촉매 가열부(12a, 12b)를 통해 차단된 반응기의 온도를 200-600 ℃로 유지도록 제어한다. In this case, the gas injection path 20 may be branched and connected to the upper surface of each of the two or more sub-reactors 10-1a, 10-1b, 10-2a, and 10-2b. Each of the branched injection paths may be opened and closed by separate valves 23a and 23b, respectively, and the control unit 40 includes two or more sub-reactors 10-1a, 10-1b, 10-2a, 10-2b. The valves 23a and 23b are controlled so that only one of the sub-reactors is opened and the other sub-reactors are shut off. In addition, the control unit 40 controls the temperature of the reactor blocked through the catalyst heating units 12a and 12b to be maintained at 200-600°C.

회수부(60)는 반응기(10-1, 10-2)의 하단에 연결되어, 황이 제거된 바이오 가스 또는 매립지가스를 분리 배출한다. The recovery unit 60 is connected to the lower ends of the reactors 10-1 and 10-2, and separates and discharges biogas or landfill gas from which sulfur has been removed.

다시 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 회수부(60)는 반응기에 수직 연결되는 통형으로 형성될 수 있고, 회수부(60)의 상면을 관통하여 돌출 연장 형성된 가스 배출로(61)가 형성될 수 있다. 반응기와 연결된 하단에서 촉매 반응 후 생성되는 생성물인 황 및 수분을 냉각시켜 온도구배를 이용하여 황 및 수분을 응축시킨다. Referring back to FIGS. 1A and 1B , the recovery unit 60 may be formed in a cylindrical shape vertically connected to the reactor, and a gas discharge path 61 protruding through the upper surface of the recovery unit 60 is formed. can At the bottom connected to the reactor, sulfur and moisture, which are products produced after the catalytic reaction, are cooled, and the sulfur and moisture are condensed using a temperature gradient.

또한, 회수부(60)는 황이 고체화되는 온도를 조절하는데 냉매 또는 수냉식 장치가 추가될 수 있다. In addition, the recovery unit 60 may add a refrigerant or a water cooling device to control the temperature at which sulfur is solidified.

도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같이, 반응기는 둘 이상의 서브 반응기들(10-1a, 10-1b, 10-2a, 10-2b)로 구성될 경우, 일 양상에 따라, 회수부(60)는 하나로, 둘 이상의 서브 반응기들 각각에 모두 연결되는 형태로 구성될 수도 있다. 다른 양상에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 회수부(60a, 60b)는 둘 이상의 서브 반응기들 각각에 연결되도록 별도의 두 개로 형성될 수도 있다.2a and 2b, when the reactor is composed of two or more sub-reactors (10-1a, 10-1b, 10-2a, 10-2b), according to an aspect, the recovery unit 60 is one, and may be configured in a form connected to each of two or more sub-reactors. According to another aspect, as shown in FIG. 3 , the recovery units 60a and 60b may be formed in two separate pieces to be connected to each of two or more sub-reactors.

도 4은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회수부의 일 예를 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating an example of a recovery unit according to an embodiment of the present invention.

도 4을 참조하면, 회수부(60)는 복수의 메쉬 망 형태의 고체 황 회수 카트리지들(16a, 16b, 16c, 16d) 각각이 회수부(60)의 마주보는 측면들 각각에 상이한 높이 위치로 순차적으로 설치되되, 고체 황 회수 카트리지들(16a, 16b, 16c, 16d)은 회수부(60)의 측면에서부터 하방으로 비스듬히 연장되는 형태를 가진다. 여기서는 고체 황 회수 카트리지들이 4개가 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.Referring to Figure 4, the recovery unit 60 is a plurality of mesh-shaped solid sulfur recovery cartridges (16a, 16b, 16c, 16d), respectively, each of the opposite sides of the recovery unit 60 at a different height position. Doedoe installed sequentially, the solid sulfur recovery cartridges (16a, 16b, 16c, 16d) have a shape extending obliquely downward from the side of the recovery unit (60). Here, four solid sulfur recovery cartridges are shown to be installed, but the present invention is not limited thereto.

이러한 고체 황 회수 카트리지들(16a, 16b, 16c, 16d)을 통해 생성되는 고체 황 및 수분의 효과적인 회수가 가능하다. 즉, 고체 황 회수 및 교체가 용이해지고, 황 입자의 인위적인 빈번한 충돌 조건으로 메쉬망 상단에 고체황 입자의 성장 분위기를 조성하며, 생성된 수분은 매쉬망을 통과하여 하단에서 회수할 수 있다. It is possible to effectively recover the solid sulfur and moisture generated through these solid sulfur recovery cartridges (16a, 16b, 16c, 16d). That is, solid sulfur recovery and replacement are facilitated, and an atmosphere for growth of solid sulfur particles is created at the top of the mesh network under the artificial frequent collision conditions of sulfur particles, and the generated moisture can be recovered from the bottom by passing through the mesh network.

제어부(40)는 운영 체제(OS, Operation System) 및 각 구성을 구동시키는 프로세스 장치가 될 수 있는데, 가스 주입로(20)에 황화수소가 포함된 바이오 가스 또는 매립지가스가 공급됨에 따라, 펌프(33)를 가압하고, 반응기(10-1, 10-2) 내부의 온도를 조절한다. 즉, 가스 가열부(50), 촉매 가열부(12) 및 회수부(60)의 온도가 조절되도록 제어한다. 다만, 펌프(33)는 제어부(40)의 제어가 아닌 수동으로 가압될 수도 있다. The control unit 40 may be a process device for driving an operating system (OS) and each component. As biogas or landfill gas containing hydrogen sulfide is supplied to the gas injection path 20 , the pump 33 ) is pressurized, and the temperature inside the reactors 10-1 and 10-2 is controlled. That is, the temperature of the gas heating unit 50 , the catalyst heating unit 12 , and the recovery unit 60 is controlled to be adjusted. However, the pump 33 may be manually pressurized rather than controlled by the controller 40 .

한편, 도 1a 내지 도 2b에 도시된 반응기(10-1, 10-2)에서의 촉매 반응에 의한 황 회수율에 한계가 있을 수 있다. 즉, 바이오 가스 또는 매립지가스의 황화수소가 고농도일 뿐만 아니라, 처리 후 발생하는 소량의 황화수소 및 이산화황 가스를 이전과 같이 소각(incineration) 처리할 경우에는 약 1000 ppm 이상의 이산화황이 생성되는데, 이는 최근 강화되고 있는 환경법상 배출 기준치를 초과하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 배출되는 미처리 황화물(tail-gas)을 처리하기 위한 부가적인 후처리 공정(Tail Gas Treatment: TGT)이 요구된다. 즉, 바이오 가스 배출로(13)를 통해 배출되는 바이오 가스에서 황이 완전히 제거되지 않은 상태일 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 이와 같이 황이 제거되지 않은 바이오 가스가 외부로 배출되는 것을 방지하지 위해, 황화수소의 선택적 산화 반응을 추가적으로 도 5에 도시된 바와 같이, 다단식으로 연장하여 수행 가능하다. On the other hand, there may be a limit to the recovery rate of sulfur by the catalytic reaction in the reactors 10-1 and 10-2 shown in FIGS. 1A to 2B. That is, not only the high concentration of hydrogen sulfide in biogas or landfill gas, but also a small amount of hydrogen sulfide and sulfur dioxide gas generated after treatment is incinerated as before, about 1000 ppm or more of sulfur dioxide is generated, which has recently been strengthened and Exceeding emission standards under environmental laws. In order to solve this problem, an additional post-treatment process (Tail Gas Treatment: TGT) for treating the discharged untreated sulfide (tail-gas) is required. That is, sulfur may not be completely removed from the biogas discharged through the biogas discharge path 13 . Therefore, in the present invention, in order to prevent the biogas from which sulfur has not been removed from being discharged to the outside, the selective oxidation reaction of hydrogen sulfide can be additionally performed by extending it in a multi-stage manner, as shown in FIG. 5 .

즉, 도 1a 내지 도 2b에 도시된 구성 요소들과 동일한 다른 구성 요소들이 다단식으로 연결될 수 있다. 도 5에는 도 2b에 도시된 구성 요소들이 다단식으로 연결된 형태의 시스템을 도시하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 도 1a 내지 도 2a에 도시된 구성 요소들이 도 5에 도시된 것과 같은 형태로 다단식으로 연결된 시스템 또한 본 발명의 범위에 포함된다. 따라서, 하나의 반응기에 연결된 가스 배출로를 통해 배출된 바이오 가스 또는 매립지가스에 남아있는 황이 추가적으로 연결된 다른 반응기 내에서 공급되는 촉매를 이용하여 황화수소 선택적 산화 반응이 진행되어 제거될 수 있다. 이 때 추가적으로 반응이 수행되는 내부 공간에서는 촉매에 의해 다음과 같은 <화학식 2>과 같이 황화수소(H₂S) 2몰당 1몰의 이산화황(SO₂)와 반응하여 황(S)으로 회수된다. That is, other components identical to the components shown in FIGS. 1A to 2B may be connected in a multi-stage manner. 5 shows a system in which the components shown in FIG. 2B are connected in a multi-stage manner, but the present invention is not limited thereto. That is, a system in which the components shown in FIGS. 1A to 2A are connected in a multi-stage manner as shown in FIG. 5 are also included in the scope of the present invention. Accordingly, sulfur remaining in biogas or landfill gas discharged through a gas discharge path connected to one reactor may be removed by performing a selective hydrogen sulfide oxidation reaction using a catalyst supplied in another reactor additionally connected. At this time, in the internal space where the reaction is additionally performed, 1 mol of sulfur dioxide (SO ₂ _{) per 2 mol of hydrogen sulfide (H 2} S) is reacted with the following <Formula 2> by a catalyst to be recovered as sulfur (S).

한편, 도 5에 도시된 공기 주입부(31') 및 제어부(40')는 별도로 구성되지 않고, 공기 주입부(30) 및 제어부(40)에 의해 그 기능이 대체될 수도 있다. Meanwhile, the air injection unit 31 ′ and the control unit 40 ′ shown in FIG. 5 are not separately configured, and their functions may be replaced by the air injection unit 30 and the control unit 40 .

전술한 바와 같은 황화수소 선택적 산화 반응 시스템 상에서 황화수소가 포함된 가스가 발생하는 공정에서 황화수소를 황으로 전환 처리하는 공정에 대하여 살펴보기로 한다.A process of converting hydrogen sulfide to sulfur in a process in which a gas containing hydrogen sulfide is generated in the hydrogen sulfide selective oxidation reaction system as described above will be described.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 황화수소 선택적 산화 반응 공정을 설명하기 위한 순서도이다.6 is a flowchart for explaining a hydrogen sulfide selective oxidation reaction process according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 황화수소가 포함된 바이오 가스 또는 매립지가스를 가스 주입로(20)에 공급됨에 따라, 펌프(33)를 가압하여 노즐(32)를 통해 공기 저장부(31)로부터 가스 주입로(20)에 산소 농도를 조절하기 위한 공기를 혼합시킨다(S110). 즉, 바이오 가스 또는 매립지가스에서 산소/황화수소의 몰비가 0.3 내지는 0.6이 되도록 공기 유량을 조절한다.Referring to FIG. 6 , as biogas or landfill gas containing hydrogen sulfide is supplied to the gas injection path 20 , the pump 33 is pressurized from the air storage unit 31 through the nozzle 32 to the gas injection path. Air for adjusting the oxygen concentration is mixed in (20) (S110). That is, the air flow rate is adjusted so that the molar ratio of oxygen/hydrogen sulfide in biogas or landfill gas is 0.3 to 0.6.

다음으로, 황화수소가 포함된 바이오 가스 또는 매립지가스가 반응기(10-1, 10-2) 내부 공간에 유입됨에 따라, 제어부(40)는 가스 가열부(50)의 온도를 조절한다(S120). 즉, 120-300 ℃ 사이의 온도 조건에서 촉매가 가열되도록 하여 황화수소의 선택적 산화 반응을 활성화시킨다.Next, as the biogas or landfill gas containing hydrogen sulfide flows into the inner space of the reactors 10-1 and 10-2, the control unit 40 adjusts the temperature of the gas heating unit 50 (S120). That is, the catalyst is heated at a temperature condition between 120-300° C. to activate the selective oxidation reaction of hydrogen sulfide.

산화 반응되어 황화수소가 황으로 전환됨에 따라, 제어부(40)는 회수부(60)의 온도를 조절하여, 전환된 황 및 수분을 회수한다(S130). 즉, 회수부(60)는 황의 녹는점 이하로의 온도가 조절되어 응축된 황이 하면에 축적된다. As hydrogen sulfide is converted into sulfur by oxidation reaction, the control unit 40 adjusts the temperature of the recovery unit 60 to recover the converted sulfur and moisture (S130). That is, in the recovery unit 60, the temperature below the melting point of sulfur is controlled, and the condensed sulfur is accumulated on the lower surface.

반응 후, 탈황 처리된 바이오 가스 또는 매립지가스는 가스 배출로(61)를 통해 반응기(10-1, 10-2) 외부로 배출 처리(S140)되며, 추가적인 반응기를 다단으로 연결하여 미 처리 황화수소를 처리하기 위해 적용할 수 있다 After the reaction, the desulfurized biogas or landfill gas is discharged to the outside of the reactors 10-1 and 10-2 through the gas discharge path 61 (S140), and untreated hydrogen sulfide is discharged by connecting additional reactors in multiple stages. can be applied to deal with

이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 본 발명은 아래의 실시예에 의하여 보다 명확하게 이해될 수 있으나, 아래의 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것에 불과하고 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. The present invention can be understood more clearly by the following examples, but the following examples are only for illustration of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

<실시예><Example>

실제 매립지에서 발생하는 바이오 가스 또는 매립지가스를 황화수소 선택적 산화 반응 시스템의 반응기에 주입하여 황화수소 전환 반응 실험을 진행하였으며, 반응에 유입되는 가스의 조성은 하기 <표 1>과 같았다.The hydrogen sulfide conversion reaction experiment was conducted by injecting biogas or landfill gas generated from an actual landfill into the reactor of the hydrogen sulfide selective oxidation reaction system, and the composition of the gas introduced into the reaction was as shown in Table 1 below.

가스조성gas composition CH₄ CH ₄ CO₂ CO ₂ O₂ O ₂ H₂SH ₂ S 기타 성분other ingredients 농도(%)density(%) 48.348.3 38.538.5 0.70.7 1.71.7 10.810.8

촉매 형태로는 파우더 형태의 촉매를 37,500 h^-1의 공간속도로 충진하였고, 반응기에 반응식의 산소 농도 양론비를 조절하기 위하여 펌프를 이용한 공기 주입을 통해 유입가스 및 주입 공기 혼합 가스를 황화수소와 산소가 2:1의 농도 비율이 되도록 유지하였으며, 반응온도는 250 ℃에서 평균 유량 150cc/min 으로 진행하여 황화수소 농도와 황화수소 전환율을 측정하면, 다음의 <표 2>와 같았다. In the form of catalyst, a powder-type catalyst ^{was charged at a space velocity of 37,500 h -1} , and in order to control the stoichiometric ratio of oxygen concentration in the reaction formula, the inlet gas and the injected air mixed gas were mixed with hydrogen sulfide and oxygen through air injection using a pump. was maintained to be a concentration ratio of 2:1, and the reaction temperature was carried out at an average flow rate of 150 cc/min at 250 °C to measure the hydrogen sulfide concentration and hydrogen sulfide conversion rate, as shown in Table 2 below.

황화수소 농도 (%)Hydrogen sulfide concentration (%) 전환율 (%)Conversion rate (%) 유입 가스 및
공기 혼합 가스incoming gas and
air mixed gas 반응 후 가스gas after reaction -- 1.691.69 1.531.53 90.5390.53

이러한 결과에서 보는 바와 같이 본 발명의 황화수소 선택적 촉매 산화법은 공정이 컴팩트 할 뿐만 아니라 타 기술에 비해 120-300 ℃의 비교적 저온에서 처리가 가능하다. 또한, 본 발명은 H₂S 에서 S로의 직접 산화가 가능한 기술로서, SO₂가 발생되지 않아 SO₂의 추가적인 처리가 불필요하며, 바이오 가스 또는 매립지가스 의 고품질화가 가능하고, 원소 황으로의 회수를 통해 추가적인 에너지 자원 확보가 가능하다는 점에서 활용가치가 높은 공정임을 알 수 있다. As can be seen from these results, the hydrogen sulfide selective catalytic oxidation method of the present invention has a compact process and can be processed at a relatively low temperature of 120-300 ° C compared to other technologies. In addition, the present invention is a technology capable of directly oxidizing _{H 2} _{S to S. Since SO 2} is not generated _{, additional treatment of SO 2} is unnecessary, high quality of biogas or landfill gas is possible, and recovery of elemental sulfur is possible. It can be seen that the process has a high utilization value in that it is possible to secure additional energy resources through this process.

Claims

촉매가 공급되는 내부 공간이 형성되어, 바이오 가스 또는 매립지가스 가 주입됨에 따라 일정 온도에서 황화수소가 선택적 산화 반응하는 반응기와,
반응기의 하단에 수직 연결되는 통형으로 형성되고, 마주보는 측면들 각각에 상이한 높이 위치로 순차적으로 설치되는 복수의 메쉬 망 형태의 고체 황 회수 카트리지들을 포함하고, 황이 제거된 바이오 가스 또는 매립지가스를 분리 배출하는 회수부와,
반응기의 상면에 일단이 관통 연결되고, 타단으로부터 공급된 황화수소가 포함된 바이오 가스 또는 매립지가스를 반응기의 내부 공간으로 이동시키는 가스 주입로와,
펌프가 가압됨에 따라, 가스 주입로에 공기를 주입시키는 공기 주입부와,
주입되는 바이오 가스 또는 매립지가스를 촉매 반응을 위한 소정 온도로 가열하는 가스 가열부와,
가스 주입로에 황화수소가 포함된 바이오 가스 또는 매립지가스가 공급됨에 따라, 펌프를 가압하는 제어부를 포함하되,
고체 황 회수 카트리지들은 회수부의 측면에서부터 하방으로 비스듬히 연장되는 형태인 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
A reactor in which an internal space to which a catalyst is supplied is formed, and hydrogen sulfide is selectively oxidized at a certain temperature as biogas or landfill gas is injected;
It is formed in a tubular shape vertically connected to the bottom of the reactor, and includes a plurality of mesh network-type solid sulfur recovery cartridges sequentially installed at different height positions on each of the opposite sides, and separates biogas or landfill gas from which sulfur has been removed. a recovery unit for discharging;
A gas injection path having one end connected through the upper surface of the reactor and moving biogas or landfill gas containing hydrogen sulfide supplied from the other end into the inner space of the reactor;
As the pump is pressurized, an air injection unit for injecting air into the gas injection path, and
A gas heating unit for heating the injected biogas or landfill gas to a predetermined temperature for a catalytic reaction;
As biogas or landfill gas containing hydrogen sulfide is supplied to the gas injection path, including a control unit for pressurizing the pump,
A hydrogen sulfide selective oxidation reaction system in which the solid sulfur recovery cartridges extend obliquely downward from the side of the recovery part.

제 1항에 있어서, 상기 제어부는
산소/황화수소의 몰비가 0.3 내지 0.6이 되도록 공기 유량을 조절하여 공기 주입부의 펌프를 가압 제어하는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
According to claim 1, wherein the control unit
A hydrogen sulfide selective oxidation reaction system for controlling the pressure of the pump of the air injection unit by adjusting the air flow rate so that the molar ratio of oxygen/hydrogen sulfide is 0.3 to 0.6.

제1 항에 있어서, 반응기는
반응기에 내부에서 촉매를 공급하는 촉매 공급부와,
반응 후, 촉매를 재생하기 위해 촉매를 가열하는 촉매 가열부를 포함하는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
The method of claim 1, wherein the reactor is
A catalyst supply unit for supplying a catalyst from the inside to the reactor;
After the reaction, a hydrogen sulfide selective oxidation reaction system comprising a catalyst heating unit for heating the catalyst to regenerate the catalyst.

제 3항에 있어서, 촉매 공급부는
반응기 내부 측면에 코팅된 형태의 촉매를 제공하는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
4. The method of claim 3, wherein the catalyst supply unit
A hydrogen sulfide selective oxidation reaction system that provides a catalyst in a coated form on the inner side of the reactor.

제 3항에 있어서, 촉매 공급부는
반응기에 매쉬 형태의 촉매 고정부가 구비되고,
촉매 고정부의 상단에 촉매가 배치되는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
4. The method of claim 3, wherein the catalyst supply unit
A catalyst fixing part in the form of a mesh is provided in the reactor,
A hydrogen sulfide selective oxidation reaction system in which a catalyst is disposed on top of a catalyst holding unit.

제 3항에 있어서, 촉매는
파우더, 허니컴 및 중공사 중 하나의 형태인 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.4. The method of claim 3, wherein the catalyst is
Hydrogen sulfide selective oxidation reaction system in the form of powder, honeycomb and hollow fiber.

제 3항에 있어서, 촉매 가열부는
전기 히터 또는 보조 연료를 이용하여 200-600 ℃ 사이의 온도로 촉매를 가열하는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
4. The method of claim 3, wherein the catalyst heating unit
Hydrogen sulfide selective oxidation reaction system using electric heater or auxiliary fuel to heat the catalyst to a temperature between 200-600 °C.

제3 항에 있어서,
가스 가열부 및 반응열에 의해 가열된 반응기 내부의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함하되,
제어부는
온도 센서에 의해 반응기 내부의 온도가 소정 임계치 이상임이 감지됨에 따라, 가스 가열부의 가열 정도를 120-300 ℃ 사이로 조절하는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
4. The method of claim 3,
Further comprising a temperature sensor for sensing the temperature inside the reactor heated by the gas heating unit and reaction heat,
the control unit
A hydrogen sulfide selective oxidation reaction system that adjusts the heating degree of the gas heating unit to between 120-300° C. as the temperature inside the reactor is detected by the temperature sensor to be above a predetermined threshold.

제1 항에 있어서, 회수부는
회수부의 상면을 관통하여 돌출 연장 형성된 가스 배출로를 더 포함하는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
According to claim 1, wherein the recovery unit
Hydrogen sulfide selective oxidation reaction system further comprising a gas discharge path formed to protrude through the upper surface of the recovery unit.

제9 항에 있어서, 회수부는
반응기와 연결된 하단에서 촉매 반응 후 생성되는 생성물인 황 및 수분을 냉각시켜 황 및 수분을 응축시키는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
10. The method of claim 9, wherein the recovery unit
A hydrogen sulfide selective oxidation reaction system that condenses sulfur and moisture by cooling sulfur and moisture, which are products produced after the catalytic reaction, at the bottom connected to the reactor.

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제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
반응기는 둘 이상의 서브 반응기들로 구성되고,
가스 주입로는 분기되어 둘 이상의 서브 반응기들 각각의 상면에 관통 연결되는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
11. The method according to any one of claims 1 to 10,
The reactor consists of two or more sub-reactors,
A hydrogen sulfide selective oxidation reaction system that is branched from the gas injection path and is connected to the upper surface of each of the two or more sub-reactors.

제12항에 있어서,
회수부는 하나로, 둘 이상의 서브 반응기들 각각에 모두 연결되는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
13. The method of claim 12,
The recovery unit is one, and the hydrogen sulfide selective oxidation reaction system is connected to each of two or more sub-reactors.

제12항에 있어서,
회수부는 둘 이상의 서브 반응기들 각각에 연결되도록 별도의 두 개로 형성되는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
13. The method of claim 12,
The recovery unit is formed in two separate hydrogen sulfide selective oxidation reaction system to be connected to each of the two or more sub-reactors.

제12항에 있어, 가스 주입로는
분기된 주입로들 각각이 별도의 밸브들 각각 의해 개폐되며,
제어부는
둘 이상의 서브 반응기들 중 하나의 서브 반응기만 개방하고, 나머지 서브 반응기들은 차단되도록 밸브들을 제어하는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
13. The method of claim 12, wherein the gas injection path
Each of the branched injection paths is opened and closed by each of the separate valves,
the control unit
A hydrogen sulfide selective oxidation reaction system in which valves are controlled so that only one of the two or more sub-reactors is opened and the other sub-reactors are shut off.

제15 항에 있어서, 제어부는
촉매 가열부를 통해 차단된 반응기의 온도를 200-600 ℃로 유지도록 제어하는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
16. The method of claim 15, wherein the control unit
A hydrogen sulfide selective oxidation reaction system that controls the temperature of the shut-off reactor to be maintained at 200-600°C through a catalytic heating unit.

제9 항에 있어서,
촉매가 공급되는 내부 공간이 형성되어, 바이오 가스 또는 매립지가스 가 주입됨에 따라 일정 온도에서 황화수소가 선택적 산화 반응하는 다른 반응기와,
반응기의 하단에 연결되어, 황이 제거된 바이오 가스 또는 매립지가스를 분리 배출하는 다른 회수부와,
다른 반응기의 상면에 일단이 관통 연결되고, 타단으로부터 공급된 황화수소가 포함된 바이오 가스 또는 매립지가스를 반응기의 내부 공간으로 이동시키는 다른 가스 주입로를 더 포함하는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.
10. The method of claim 9,
Another reactor in which an internal space to which a catalyst is supplied is formed, and hydrogen sulfide selectively oxidizes at a certain temperature as biogas or landfill gas is injected;
Another recovery unit connected to the lower end of the reactor to separate and discharge biogas or landfill gas from which sulfur has been removed,
Hydrogen sulfide selective oxidation reaction system further comprising another gas injection path having one end connected through the upper surface of the other reactor and moving biogas or landfill gas containing hydrogen sulfide supplied from the other end into the internal space of the reactor.

제17항에 있어서,
반응기 및 다른 반응기는 각각 둘 이상의 서브 반응기들로 구성되고,
가스 주입로 및 다른 가스 주입로는 각각 분기되어 둘 이상의 서브 반응기들 각각의 상면에 관통 연결되는 황화수소 선택적 산화 반응 시스템.18. The method of claim 17,
The reactor and the other reactor are each composed of two or more sub-reactors,
A hydrogen sulfide selective oxidation reaction system in which the gas injection path and the other gas injection path are respectively branched and connected to the upper surface of each of the two or more sub-reactors.