KR20220026732A

KR20220026732A - 촉매 집진기

Info

Publication number: KR20220026732A
Application number: KR1020200107612A
Authority: KR
Inventors: 연태헌
Original assignee: 주식회사 제이케이글로벌
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2022-03-07
Also published as: KR102485710B1

Abstract

본 발명은 촉매 집진기에 관한 것으로서, 2중관 형태의 캡슐구조로 이루어진 본체부; 상기 본체부 내로 복합오염물질을 강제 공급하는 급기부; 상기 급기부로부터 유입되는 복합오염물질을 가열시키는 동시에 코팅된 촉매물질에 의한 촉매작용이 이루어지도록 하는 히팅촉매부; 상기 히팅촉매부 후단에 설치되어 복합오염물질이 통과하는 과정에서 복합오염물질의 흡착 및 촉매작용이 이루어지도록 하는 고형촉매부; 및 상기 고형촉매부 후단에서 정화된 공기가 대기중으로 배출되도록 하는 배기부;를 포함하는 촉매 집진기가 제공될 수 있다.

Description

촉매 집진기{Catalyst Dust Collector}

본 발명은 촉매 집진기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저온환경에서 유입되는 복합오염물질을 히터를 이용해서 짧은 시간에 가온할 수 있도록 하고, 히터를 통과하는 과정에서 히터 표면에 코팅된 촉매코팅층에 의한 촉매가 이루어지도록 작동하여 오염물질 처리효율이 향상되도록 하는 촉매 집진기에 관한 것이다.

산업구조가 고도화됨에 따라 다양한 산업분야에 에너지의 소모가 급증하게 되었고 이러한 산업분야(배출원)로부터 다양한 대기오염물질이 강한 규제 없이 무분별하게 배출되고 있다. 따라서 대기오염물질의 무분별 또는 미약한 규제로 인하여 지구의 기후변화 및 환경문제가 세계적으로 심각한 상황에 당면해 있다.

휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compound, VOC)은 증기압이 10-2kPa 이상의 증기압을 가지는 탄화수소화합물의 총칭으로 방향족탄화수소와 지방족탄화수소(Paraffin계와 Olefin계) 등의 일반 탄화수소와 질소, 수소 및 할로겐원소를 포함하는 비균질탄화수소(Heterogeneous Hydrocarbon. 예 - 알데히드, 케톤류 등)로 분류되며, 이들 대부분은 그 자체로 인체에 유해할 뿐만 아니라 도심스모그의 원인 물질로서 대기오염, 수질오염, 악취, 환경호르몬 등의 여러 가지 문제를 일으킨다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 일반적으로 사용되고 있는 VOC 물질 제거 기술로는 흡착법 (adsorption), 응축법(condensation), 흡수법 (absorption), 막분리법 (membrane separation) 등의 회수기술과 열소각법(thermal incineration), 촉매소각법(catalytic incineration), UV-산화법(UV-oxidation), 생물막법(biofitration) 등의 제거기술들이 적용되고 있다.

이러한 기술들은 화합물의 조성 및 농도, 경제성, 에너지 공급능력, 공정운행 및 유지능력 등을 고려하여 가장 적합한 제거공정이 선택되어야 한다.

상기의 여러 처리기술 중에서 가장 널리 사용되고 있는 흡착법, 소각법(열 또는 촉매), 그리고 흡착/소각 혼성법은 다음과 같은 특징을 가지고 있다.

흡착법은 활성탄 또는 제올라이트와 같은 흡착제를 이용하여 제거하는 방법으로써, 열소각법 및 촉매소각법에 비해 설치비가 적게 든다.

특히, 활성탄을 사용한 VOC 흡착 제거법은 활성탄이 가지는 고표면적에 의한 높은 흡착 능력 때문에 가장 널리 이용되어 왔다.

그러나, 활성탄이 가지는 발화성, 난재생성(難再生性) 및 공정에 적용하기 전에 처리가스의 습도조절(<50% RH)이 필요하다는 단점 때문에 최근 들어 높은 표면적, 열적 안정성과 함께 습도조절의 필요가 없는(<96% RH) 소수성 제올라이트가 유망한 흡착제로 제시되고 있다.

열소각법은 VOC를 고온(700-1100℃)에서 직접 연소시켜 제거하는 방법으로 많은 양의 VOC를 처리할 수 있으나, 부하변동이 심하거나 농도가 낮고 유량이 적을 경우에는 비경제적이다.

또한, 배가스 중에 난분해성 VOC 물질이 존재할 경우 연소온도가 높아져 운전비가 비교적 많이 들게 되며, 반응온도가 높기 때문에 고온 연소시 공기 중의 질소가 산화반응을 통해 2차 대기오염 물질인 NOX(Thermal NOX) 발생이 우려되며, 시스템이 비교적 커서 설치면적이 많이 들어 설비확장이 어렵다는 단점이 있다.

촉매소각법은 고정원에서 발생하는 VOC 물질을 촉매를 이용하여 연소시켜 제거하는 방법으로써, 비교적 낮은 농도의 유기물 제거에 적합하며, 고온 연소법과 비교하여 매우 낮은 반응온도에서 VOC 물질을 효과적으로 제거할 수 있다는 특징이 있다.

반응온도가 낮기 때문에 운전비가 적게 들어 경제적이며, NOX가 거의 발생되지 않는다는 장점이 있다. 또한, 시스템이 간편하여 설비확장이 용이하다는 장점이 있다.

흡착/소각 혼성법은 저농도의 VOC를 흡착법으로 농축한 후에 열이나 촉매로 소각 처리하는 공법으로, 상기 흡착법과 소각법의 장점을 모두 가지고 있어, 환경규제의 강화와 함께 수요가 점차 증가하고 있다.

따라서, 점차 강화되는 환경규제에 맞추어 VOC의 제거효율을 높일 수 있는 시스템의 개발이 더욱 요구된다.

대한민국 공개특허 제10-2008-0008568호 대한민국 등록특허 제10-1273551호 대한민국 등록특허 제10-0578106호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 저온환경에서 유입되는 복합오염물질을 히터를 이용해서 짧은 시간에 가온할 수 있도록 하고, 히터를 통과하는 과정에서 히터 표면에 코팅된 촉매코팅층에 의한 촉매가 이루어지도록 작동하여 오염물질 처리효율이 향상되도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 촉매 집진기는 본체부를 2중관 구조로 형성하고, 사이공간에 단열재를 충진시켜 열손실을 최소화시켜 오염물질의 처리효율을 최적상태로 유지하는 동시에 본체부 내부의 뜨거운 열이 외면에 전달되는 것을 차단하여 사용자가 화상을 입는 것을 예방하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 저온환경의 복합오염물질을 처리할 수 있도록 함으로써, 카센타, 직화구이 매장, 음식점, 차량 도장부스, CO/VOC's 발생환경 등 다양한 산업분야에 적용하여 사용할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명이 또 다른 목적은 촉매 집진기를 캡슐형태의 단품으로 제작함으로써, 고정형은 물론 이동형으로 탑재하여 손쉽게 운용하는 것이 가능하고, 음식점의 공조기 관로 상에 설치하는 등 다양한 활용이 이루어지도록 하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 2중관 형태의 캡슐구조로 이루어진 본체부; 상기 본체부 내로 복합오염물질을 강제 공급하는 급기부; 상기 급기부로부터 유입되는 복합오염물질을 가열시키는 동시에 코팅된 촉매물질에 의한 촉매작용이 이루어지도록 하는 히팅촉매부; 상기 히팅촉매부 후단에 설치되어 복합오염물질이 통과하는 과정에서 복합오염물질의 흡착 및 촉매작용이 이루어지도록 하는 고형촉매부; 및 상기 고형촉매부 후단에서 정화된 공기가 대기중으로 배출되도록 하는 배기부;를 포함하는 촉매 집진기가 제공될 수 있다.

이때, 상기 본체부는 내통과 외통의 2중관 구조로 이루어지고, 상기 내통과 외통의 사이공간에 단열재를 충진하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 본체부를 급기부영역, 히팅촉매부영역, 고형촉매부영역, 배기부영역으로 구획하여 분리되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 급기부의 급기관로 상에 블로워를 연결하여 강제 급기가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히팅촉매부는 복수 개의 SIC히터를 배치하여 형성하되, 상기 SIC히터 표면에는 촉매물질을 이용한 촉매코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 히팅촉매부 일측에 온도검출센서부를 형성하고, 히팅촉매부를 통과한 복합오염물질온도가 150~200℃를 유지하도록 SIC히터의 발열을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배기부의 배기관로 상에 온도계를 설치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본체부를 이동대차에 탑재하여 이동 가능하게 사용하는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명은 저온환경에서 유입되는 복합오염물질을 히터를 이용해서 짧은 시간에 가온할 수 있도록 하고, 히터를 통과하는 과정에서 히터 표면에 코팅된 촉매코팅층에 의한 촉매가 이루어지도록 작동하여 오염물질 처리효율이 향상되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 촉매 집진기는 본체부를 2중관 구조로 형성하고, 사이공간에 단열재를 충진시켜 열손실을 최소화시켜 오염물질의 처리효율을 최적상태로 유지하는 동시에 본체부 내부의 뜨거운 열이 외면에 전달되는 것을 차단하여 사용자가 화상을 입는 것을 예방하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 저온환경의 복합오염물질을 처리할 수 있도록 함으로써, 카센타, 직화구이 매장, 차량 도장부스, CO/VOC's 발생환경 등 다양한 산업분야에 적용하여 사용할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 촉매 집진기를 캡슐형태의 단품으로 제작함으로써, 고정형은 물론 이동형으로 탑재하여 손쉽게 운용하는 것이 가능하고, 음식점의 공조기 관로 상에 설치하는 등 다양한 활용이 가능한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 촉매 집진기를 도시한 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 촉매 집진기를 이동대차에 탑재한 상태의 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 히팅촉매부를 평면상태로 본 도면대용 사진.
도 4는 본 발명에 따른 히팅촉매부를 저면상태로 본 도면대용 사진.
도 5는 본 발명에 따른 고형촉매제를 도시한 도면대용 사진.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 촉매 집진기를 도시한 개념도이다.

동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 크게 본체부(110), 급기부(120), 히팅촉매부(130), 고형촉매부(140)로 구성된다.

먼저, 본체부(110)의 구성에 대해 설명한다.

상기 본체부(110)는 2중관 형태의 캡슐구조로 이루어지는 것으로서, 보다 자세하게는 내통(111)과 외통(112)의 2중관 구조로 이루어질 수 있다.

이처럼, 내통(111)과 외통(112)의 2중관 구조를 사용하는 것은 내통과 외통의 사이공간(113)에 단열재(114)를 충진하기 위한 것이다.

상기 단열재(114)는 촉매에 사용되는 히터의 열에너지를 외부로 뺏기는 것을 방지하는 것은 물론 본체부(110) 내부의 뜨거운 열이 외면에 전달되는 것을 차단하여 사용자가 화상을 입는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

그리고, 상기 본체부(110)를 급기부영역(110a), 히팅촉매부영역(110b), 고형촉매부영역(110c), 배기부영역(110d)으로 구획하여 분리되도록 할 수 있다.

상기 각 영역의 경계지점에는 상호 마주하는 플랜지부를 형성하여 볼트 체결되도록 한다.

이처럼, 본체부(110)를 복 수개의 영역으로 분리시켜 관리하는 것은 단열재(114)의 충진을 편리하게 하는 것 외에도 본체부(110) 내에 설치되는 히팅촉매부(130) 및 고형촉매부(140)의 관리가 편리하도록 하기 위함이다.

다음으로 급기부(120)에 대해서 설명한다.

상기 급기부(120)는 본체부(110) 내로 복합오염물질을 강제 공급하는 구성을 갖는데, 본체부(110) 일측에 급기관로(121)를 연결시켜 형성할 수 있다.

상기 급기관로(121)는 복합오염물질을 발생시키는 오염원측과 연결된다.

상기 급기부(120)의 급기관로(121) 상에는 블로워(123)를 연결하여 강제 급기가 이루어지도록 할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 히팅촉매부를 평면상태로 본 도면대용 사진이고, 도 4는 본 발명에 따른 히팅촉매부를 저면상태로 본 도면대용 사진이다.

도 1내지 도 4를 참조하면, 히팅촉매부(130)는 급기부(120)로부터 유입되는 복합오염물질을 가열시키는 동시에 코팅된 촉매물질에 의한 촉매작용이 이루어지도록 하는 것으로서, 도 3내지 도 4에서와 같이 복수 개의 SIC히터(131)를 배치하여 형성할 수 있다.

상기 SIC히터(131)는 탄화규소(SIC)를 이용해 제작된 히터로써, 열전도율이 높고 도전성이 뛰어난 이점을 갖기 때문에 빠른 시간 내에 원하는 온도로 발열할 수 있게 된다.

이와 같은 SIC히터(131)는 복합오염물질이 통과할 수 있도록 다발형 통공들이 형성되는 구조로 제작될 수 있다.

또한, 상기 SIC히터(131)는 표면에 촉매물질을 이용한 촉매코팅층(132)을 형성하게 되는데, 복합오염물질이 SIC히터(131)를 통과하면서 가열됨과 동시에 촉매작용이 이루어지게 된다.

상기 히팅촉매부(130) 일측에 온도검출센서부(133)를 형성하고, 히팅촉매부(130)를 통과한 복합오염물질온도가 150~200℃를 유지하도록 SIC히터(131)의 발열을 제어할 수 있다.

다음은 고형촉매부(140)에 대해 설명한다.

상기 고형촉매부(140)는 상기 히팅촉매부(130) 후단에 설치되어 복합오염물질이 통과하는 과정에서 복합오염물질의 흡착 및 촉매작용이 이루어지도록 하는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 고형촉매제를 도시한 도면대용 사진이다.

도 5에서 보는 바와 같이 고형촉매부(140) 내에는 볼형태로 가공된 고형촉매제(141)들이 충진된다.

상기 고형촉매제(141)는 산화마그네슘, 산화알루미늄 및 산화규소로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 주요성분으로 포함하는 폐촉매로부터, Pt, Pd 및 Rh으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 1차 유가 자원을 회수한 후, 발생되는 2차 폐기물인 폐촉매 슬래그를 준비하는 단계; 상기 폐촉매 슬래그를 평균입경이 0.05 내지 15 μm가 되도록 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 폐촉매 슬래그 100 중량부에 대하여, 무기계 바인더 10 내지 100 중량부 및 유기계 바인더 10 내지 100 중량부를 혼합한 후, 평균입경이 5 내지 20 μm가 되도록 분쇄하는 단계; 상기 혼합 및 분쇄물을 일정 형태로 성형하는 단계; 및 상기 성형물을 건조 및 소성하는 단계를 포함하는 폐촉매를 재활용한 배기가스 정화용 촉매의 제조방법을 통해 제조될 수 있다.

이러한 본 발명의 폐촉매를 재활용한 배기가스 정화용 고형촉매제(141)는 폐촉매로부터, Pt, Pd 및 Rh으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 1차 유가 자원을 회수한 후, 발생되는 2차 폐기물인 폐촉매 슬래그를 촉매 제작에 유효하게 이용함으로써, 경제적 손실을 획기적으로 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 폐촉매를 재활용한 배기가스 정화용 촉매의 제조방법으로부터 제조된 배기가스 정화용 촉매는 촉매성능이 상용되는 촉매와 대등하거나 우수하여, 일산화탄소(CO), 톨루엔, 질소산화물(NOx) 등의 휘발성 유기화합물(VOCs)의 제거 효율이 뛰어나다.

다음으로 배기부(150)에 대해 설명한다.

상기 배기부(150)는 고형촉매부(140) 후단에서 정화된 공기가 대기중으로 배출되도록 하는 배기관로(151)가 연결되며, 상기 배기부(150)의 배기관로(151) 상에는 온도계(153)가 설치될 수 있다.

상기 온도계(153)는 작업자가 촉매 집진기 내의 온도를 확인함으로써, 정상작동 유무를 확인 할 수 있도록 하는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 촉매 집진기를 이동대차에 탑재한 상태의 예시도이다.

동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 본체부(110)를 이동대차(200)에 탑재하여 이동 가능하게 사용할 수도 있다.

상기 이동대차(200)는 본체부(110)를 탑재하는 프레임(210)과, 상기 프레임(210) 하부에 설치되는 복수개의 캐스터(220)로 구성될 수 있다.

이는, 본 발명에 따른 촉매 집진기를 캡슐형태의 단품으로 제작함으로써, 고정형은 물론 이동형으로 탑재하여 손쉽게 운용하는 것이 가능하고, 음식점의 공조기 관로 상에 설치하는 등 다양한 활용이 가능하도록 하는 것이다.

앞서 살펴본 바와 같은 본 발명은 저온환경에서 유입되는 복합오염물질을 히터를 이용해서 짧은 시간에 가온할 수 있도록 하고, 히터를 통과하는 과정에서 히터 표면에 코팅된 촉매코팅층에 의한 촉매가 이루어지도록 작동하여 오염물질 처리효율이 향상되는 것은 물론, 본 발명의 촉매 집진기는 본체부를 2중관 구조로 형성하고, 사이공간에 단열재를 충진시켜 열손실을 최소화시켜 오염물질의 처리효율을 최적상태로 유지하는 동시에 본체부 내부의 뜨거운 열이 외면에 전달되는 것을 차단하여 사용자가 화상을 입는 것을 예방할 수 있고, 저온환경의 복합오염물질을 처리할 수 있도록 함으로써, 카센타, 직화구이 매장, 차량 도장부스, CO/VOC's 발생환경 등 다양한 산업분야에 적용하여 사용할 수 있는 효과를 갖는다.

이상에서와 같이 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

110: 본체부 110a: 급기부영역
110b: 히팅촉매부영역 110c: 고형촉매부영역
110d: 배기부영역
111: 내통 112: 외통
113: 사이공간 114: 단열재
120: 급기부 121: 급기관로
123: 블로워
130: 히팅촉매부 131: SIC히터
132: 촉매코팅층 133: 온도검출센서부
140: 고형촉매부 141: 고형촉매제
150: 배기부 151: 배기관로
153: 온도계 200: 이동대차
210: 프레임 220: 캐스터

Claims

2중관 형태의 캡슐구조로 이루어진 본체부(110);
상기 본체부(110) 내로 복합오염물질을 강제 공급하는 급기부(120);
상기 급기부(120)로부터 유입되는 복합오염물질을 가열시키는 동시에 코팅된 촉매물질에 의한 촉매작용이 이루어지도록 하는 히팅촉매부(130);
상기 히팅촉매부(130) 후단에 설치되어 복합오염물질이 통과하는 과정에서 복합오염물질의 흡착 및 촉매작용이 이루어지도록 하는 고형촉매부(140); 및
상기 고형촉매부(140) 후단에서 정화된 공기가 대기중으로 배출되도록 하는 배기부(150);를 포함하는 촉매 집진기.
제1항에 있어서,
상기 본체부(110)는 내통(111)과 외통(112)의 2중관 구조로 이루어지고, 상기 내통(111)과 외통(112)의 사이공간(113)에 단열재(114)를 충진하는 것을 특징으로 하는 촉매 집진기.
제2항에 있어서,
상기 본체부(110)를 급기부영역(110a), 히팅촉매부영역(110b), 고형촉매부영역(110c), 배기부영역(110d)으로 구획하여 분리되도록 하는 것을 특징으로 하는 촉매 집진기.
제1항에 있어서,
상기 급기부(120)의 급기관로(121) 상에 블로워(123)를 연결하여 강제 급기가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 촉매 집진기.
제1항에 있어서,
상기 히팅촉매부(130)는 복수 개의 SIC히터(131)를 배치하여 형성하되, 상기 SIC히터(131) 표면에는 촉매물질을 이용한 촉매코팅층(132)이 형성되는 것을 특징으로 하는 촉매 집진기.
제5항에 있어서,
상기 히팅촉매부(130) 일측에 온도검출센서부(133)를 형성하고, 히팅촉매부(130)를 통과한 복합오염물질온도가 150~200℃를 유지하도록 SIC히터(131)의 발열을 제어하는 것을 특징으로 하는 촉매 집진기.
제1항에 있어서,
상기 배기부(150)의 배기관로(151) 상에 온도계(153)를 설치하는 것을 특징으로 하는 촉매 집진기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체부(110)를 이동대차(200)에 탑재하여 이동 가능하게 사용하는 것을 특징으로 하는 촉매 집진기.