KR0177033B1 - 증기의 세척 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

오염된 액체를 증발시키는 동안에 가스상 불순물의 증기를 세척하는 방밥은 잘 알려져 있다. 증기는 보일러, 압축기를 통해서 열 교환기(12)로 보내진다. 이 열 교환기에서 응축이 일어난다. 상기 증기를 세척하기 위해서, 세정기(14)가 보일러(3)와 열 교환기(12)사이에 배치되어 있으며, 상기 증기는 pH값이 다른 여러 단계(17,18)에 걸쳐서 세정된다. 즉, 상기 단계(17)는 산 단계이며, 반대로 상기 단계(18)은 알갈리 단계이다 이러한 방식에서, 응축물을 위한 증기는 열 교환기로 전달돠고, 산이나 알칼리 물질의 오염물이 없는 청정 응축물을 제거하기 위해서 응축된다.

Description

증기의 세척 방법 및 장치

제1도는 본 발명에 따른 장치를 갖는 플랜트의 개략도로서, 본 발명의 따른 장치는 특히 돼지 거름을 증발시키는데 적합하다

제2도는 본 발명에 따른 장치의 특정한 구현예를 보여 주기 위한 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 증발기 2 : 분배 시스템

3 : 보일러 용기 4 : 오염된 액체

5 : 순환 펌프 6 : 도관

7 : 입구 8 : 배출 도관

9 : 증기 출구 10 : 도관

11 : 압축기 12 : 열교환기

13 : 출구 14 : 세정기

15 : 제1세정기 16 : 제2세정기

17,17A,17B,17C : 산 18 : 염기

19 : 입구라인 20 : 입구 라인

21 : 레벨 22 : 레벨 스위치

23 : 충진물 24 : 원통형 슬리브

25 : 입구 26 : 출구

27,28,31,34 : 오우버플로우 파이프

30,32,33,35 : 스터브

본 발명은 pH값을 달리하여 여러 단계, 바람직하기로는 적어도 하나의 산 단계와 적어도 하나의 알칼리 단계를 통해 증기를 세정하되 상기 증기는 오염된 유체를 증발시켜서 얻어진 것이고, 상기 오염된 증기는 보일러에서 가열시켜서 형성된 것이며, 상기 증기는 이를 압축시키는 압축기로 보내진 후 열 교환기로 보내져서 청정 증기가 응축되고, 상기 보일러와 상기 열 교환기 사이에서 증기의 세정이 수행되는 가스상 불순물의 증기를 세척하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에서 산 단계와 알칼리 단계는 각각 산성 반응 및 알칼리성 반응이 일어나는 것을 의미한다. 즉, 상기 단계 들은 산 영역 및 알칼리 영역 내에서 특정한 pH값의 크기를 의미하는 것은 아니다.

또한, 본 발명은 상기 방법을 위한 장치에 관한 것이다.

상기 방법과 장치는 오염된 액체를 증발 시킬 때 사용될 수 있다. 일례로 오염된 액체란 산업 폐수, 탈지수(脫脂水), 비료와 같은 유기성 액체, 음식 폐기물 등을 말한다.

오염된 액체를 증발시킬 때, 불순물이 없는 응축된 증기가 종종 형성되는 문제가 있을 수 있다. 이것은 스팀 증류라고 하는 잘 알려진 현상 때문에 그렇다. 본 발명에서 불순물이란 세척 응축된 액체 프렉션, 일반적으로 물에 있는 바람직하지 못한 성분을 말한다. 여기서 불순물은 알코올, 암모니아, 초산 등일수 있다.

증발 과정에서 증기는 증발 장소인 보일러 에서 압축기를 통해 응축 장소인 열 교환기로 보내지는데, 여기서, 상기 증기는 응축된다. 상기 보일러에서 열교환기로 보내진 증기는 보일러에서 오염된 액체에 액체 상태로 존재하였던 것과 같이 동일한 가스 또는 증발기를 가스 상태로 포함하게 된다.

상기 가스나 증기에 있는 불순물 들은 증발되는 오염된 액체에 존재하는 물질에 의존하게 될 것이다. 또, 상기 가스 내의 불순물은 혼화, 제한적으로 혼화 또는 비혼화 되는 불순물에 따라 달라질 것이다. 더욱아, 문제의 증발 온도에서 여러 성분의 부분압은 가스 내의 불순물 성분에 영향을 줄 것이다.

증발 과정에서 이온 형태로 물질의 변화가 일어날 수 있는데, 그러면 상기 물질이 가스 상태로 바뀌게 되며, 가스의 오염과 같은 것이 나타나게 된다. 이러한 오염된 가스 내의 물질 대부분의 압력과 온도 조건을 조절한다면 이온 형태를 재구성될 수 있다.

따라서, 오염된 액체의 증발 시, 불순물이 없는 응축된 증기가 종종 형성되는 문제가 있을 수 있다. 이러한 현상을 스팀희석 이라고 말하고 있다.

바람직하지 못한 가스 오염을 갖는 오염된 가스를 세척하는데 가스 세정기를 사용하는 여러 가지 다른 기술이 알려져 있다. 이러한 기술은 예를 들면, FR 2,66,330호에 개시되어 있다. 이러한 방법은 가능한 한 많은 양의 오염된 가스를 액체나 이온 형태로 흡수하는 액체를 통해서 오염된 가스를 유도하는 것을 기초로 하고 있다. 여기서, 중요한 점은 만일 오염된 가스가 알칼리 반응을 갖는다면 산을 부가하는 액체를 사용하고, 반대로 오염된 가스가 산 반응을 갖는다면 알칼리를 부가하는 액체를 사용한다는 점이다. 이러한 방법에서는 반드시 세정하기 전에 가스로 부터 스팀을 제거하는 공정을 실시할 필요가 있다.

따라서, 오염된 가스에 산과 알칼리 물질이 모두 존재한다면 여러 단계가 사용될 수 있다. 이러한 기술에서, 오염된 가스를 위한 캐리어 가스로서 대기가 사용되고 있다.

CH 213,240A에 개시된 내용에 의하면, 서두에 언급한 방법이 알려져 있다. 따라서, 오염된 액체를 증발시켜서 증기를 생성시키는 것은 공지된 것이다. 상기 증기는 보일러에서 형성된 후, 열 교환기에서 응축된다. 상기 증기의 세척은 상기 보일러와 상기 열교환기 사이에서 수행된다. 상기 증기를 세척하기 위해서, 화학 용액을 화학 장치에 인가하여 상기 증기에서 불순물과 반응시킨다. 상기 화학 장치를 통해서 지나간 후에 상기 증기를 세탁 컬럼으로 안내하는 것이 개시되어 있는 바와 같이 세척이 두 단계로 이루어지는 것은 공지되어 있다.

상기의 용해된 불순물은 화학 장치로 부터 제거된다. 화학 반응이 산 단계와 알칼리 단계로 된다는 것은 잘 알려져 있지 않다. 그러나, 화학 결합을 흡수하거나 화학 결합을 이용해서 상기 불순물을 결합시키기 위해 보통 세정은 화확 반응과 조합해서 이루어진다는 것은 잘 알려져 있다. 상기 공정에는 상기 세정의 조절, 화학 용액의 혼합 및 용해된 불순물을 제거하기 위한 여러 수단이 포함되어 있다.

본 발명의 목적은 종래의 방법 및 장치의 단점을 해소시키기 위한 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방법은 응축물에 해당하는 기본 유체인 세정 매체에서 그리고 상기 유체의 비등점 온도에서 세정을 실시하고, 다른 증발 단계를 수행하게 되는 단열 용기 내에서 세정을 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 장치는 상기 방법 및 pH값이 다른 세정 매체로 이루어져 있고, 적어도 하나의 산 단계와 적어도 하나의알칼리 단계로 이루어져 있으며, 세척은 오염된 액체의 증발 시 수행하여서 되는 여러 단계를 가지는 세정기를 사용하여 수행하되 오염된 액체를 가열하여 증기를 형성시키는 보일러, 상기 증기를 압축하기 위한 압축기 및 청정증기로 응축시키게 되는 열 교환기로 이루어져 있으며, 상기 세정기는 상기 보일러와 상기 열 교환기 사이에 있는 도관에 설치되어 있는 가스 상 불순물의 증기를 세척하기 위한 장치로서, 상기 세정기는 상기 응축물에 해당하는 기본 유체를 갖는 세정 매체를 포함하며, 증발 시에 사용하기 위한 다른 장치 부품도 포함하고 있는 단열 용기 내에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.

증발 과정에서 형성된 증기는 가열 및 응축 사이의 위치에서 두 개의 인접하고 있는 액체 단계를 통해서 전달되며, 비등점 온도에서 작동을 할 때는 응축을 위해 증기로 부터 가스상 불순물을 제거할 수 있는 기계적으로 간단한 세정기를 형성할 수 있다. 즉, 세정기 이후에 세척되는 가스는 열 교환기로 전달되어 응축될 수 있으며, 따라서, 그 응축물은 산이나 알칼리 물질의 함유물이 없이 깨끗하다. 세정기에서 각 세정 단계의 액체 레벨의 균형이 자동적으로 설정되며, 증기를 세정기로 보내기 전에 증기에 대한 세정을 실시할 필요는 없다. 본 발명은 전통적인 세정기와 전통적인 칼럼을 조합하여서 된 새로운 기술을 개시하기 위한 것이다.

가열과 응축이 일어나게 되는 단열 용기 내에서 세정을 수행하므로서 시스템 전체를 에너지가 중립 상태이며, 주위와의 상호 반응은 없게 된다. 따라서, 전체 공정이 진행되는 동안에 동일한 양의 스팀 또는 가스가 증발하여 그대로 응축물이 될 것이다.

본 발명에 따른 장치에 의한 방법은 특히 돼지 거름을 증발시키는데 적합하고, 오염된 가스는 암모늄 및 아세테이트 형태로 존재하고 있다. 서로 다른 pH값에서 상기에 언급한 단계를 작동시킴으로써 이들 물질들은 계속 유지되어 응축물은 청정 및 재사용 가능한 물로 나타나게 될 것이다. 상기 방법은 거름에 대해 적합할 뿐 아니라 프레온, 컷팅 오일(Cutting Oil)과 같은 다른 오염된 액체에 대해서도 적합하다. 이러한 불순물 들은 알칼리와 산 반응을 가지는 세정기에서 잘 알려진 방법에 의해 가스를 세척 제거할수 있도록 존재하고 있다.

만일, 거름의 증발 시 증기가 세척된다면, 단지 두 단계만 필요하지만, 다른 pH값을 가지는 여러 단계를 사용할 수도 있다. 이에 따라 소모 물질의 사용을 절약할 수 있다. 증발시 pH는 비교적 일정하게 유지되어 세정 시 동일한 효율을 유지할 수 있게 된다.

이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 따른 장치를 갖는 플랜트를 례략적으로 예시한 것이다. 상기 플랜트는 오염된 액체를 기계적인 증기 압축에 의해 분리하도록 구성되어 있다. 따라서, 상기 플랜트는 오염된 액체 부분, 예를 들면 물을 분리하기 위한 공지된 기술에 따라 처리하고 상기 오염된 부분을 응축시키게 된다. 세척하고자 하는 최초의 액체 부분은 물로 이루어질 수 있지만, 오일에 의해 오염된 프레온과 같은 다른 액체로 이루어진 것일 수 있다.

상기 플랜트는 증발기(1)로 이루어져 있다. 증발기(1)의 상부에는 분배 시스템(2)이 배열되고 있고, 바닥에는 상기 오염된 액체를 포함하는 보일러 용기(3)가 배치되어 있다. 상기 보일러 용기(3)는 가열 및 오염된 액체를 상기 증발기(1)상부에 있는 분배 시스템(2)으로 펌핑하기 위한 순환 펌프(5) 및 도관(6)과 연결되어 있다. 상기 보일러 용기(3)는 오염된 액체를 공급하기 위한 입구(7)와 응축 및 오염된 부분을 상기 보일러 용기(3) 밖으로 내보내기 위하여 사용되는 배출 도관(8)을 가지고 있다

상기 보일러 용기(3)의 상부에는 증기 출구(9)가 있는데, 이 증기 출구(9)는 도관(10)과 압축기(11)을 경유해서 상기 증발기(1)에 위치하고 있는 열 교환기(12)에 연결되어 있다. 상기 열 교환기(12)의 바닥에는 응축물을 위한 출구(13)가 있다. 한편, 세정기(14)는 상기 도관(10)중에 삽입되어 있으며, 상기 압축기(11)도 여기에 역시 설치되어 있다. 이와 같은 상황에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 세정기(14)는 상기 압축기(11)의 상류에 자리잡고 있다. 이것은 바람직한 것이지만, 상기 세정기(14)를 상기 압축기(11)의 하류에 위치하도록 할 수도 있다.

상기 플랜트를 위한 전기적 제어에 대한 구조에 대해서는 도면에 예시하지 않았다. 그러나, 이러한 제어 시스템은 이 기술 분야의 통상의 기술자에게 잘 알려져 있는 것이므로 상세하게 설명할 필요는 없다.

따라서, 상기 오염된 액체(14)는 상기 입구(7)로 첨가되고 응축이 일어난 후에 상기 배출 도관(8)으로 내보내지게 된다. 그리고, 상기 응축물과 희석물은 상기 출구(13)를 통해서 제거되게 된다.

상기 오염된 액체가 상기 용기(3)로 인가된 경우, 도면에 예시한 수위(21)까지 도달하였을 때 레벨 스위치(22)의 위치가 변경되어 가열 부재(도면에 도시하지 않음)와 상기 순환 펌프(5)가 작동하게 된다. 그런 후에, 상기 온도는 세척(응축)하고자 하는 액체의 비등점 이하로 즉시 떨어뜨리는 온도와 압력 상태를 발생시키게 된다. 따라서, 물의 경우 그 온도는 거의 100℃가 된다.

상기 순환 펌프(5)는 상기 플랜트를 시동할 때 작동하여 모든 성분 들을 동일한 온도로 만들게 된다. 상기 온도가 대략 100℃에 도달할 때 상기 압축기(11)가 작동하게 된다. 상기 압축기(11)는 용기(3)내에서 저압을 형성하여 상기 오염된 액체 위에 존재하는 증기를 강제로 상기 세정기로 통과시키며, 이때 증기는 상기 도관(10)을 경유해서 압축기(11)로 보내진 후 상기 열 교환기(12)로 전달되게 된다. 여기서, 상기 열교환기의 한 측면에 있는 증기와 상기 열 교환기의 다른 쪽에 있는 가열되어진 오염된 액체(4)간의 열교환이 있게 된다. 이러한 열 교환은 상기 압축기(11)에서 압축되어진 증기가 그의 에너지를 방출하여 상기 열 교환기의 다른 측면에 있는 순환하는 오염된 액체로 전달됨으로써 일어나게 된다. 이러한 열 교환은 세척하고자 하는 액체를 증발시킬 수 있다. 상기 증기는 상기 열 교환기(12)의 첫 번째 측면을 경유해서 열교환기(12)를 통해서 움직이게 되며, 상기 증기는 상기 용기(3)의 상부로 흘러서 상기 증기 출구(9)를 경유하여 상기 세정기(14), 상기 도관(10) 및 압축기(11)를 통해서 열 교환기 (12)로 흐르게 된다. 증기가 가지고 있는 에너지를 방출하는 동안, 상기 증기는 응축되며, 연속적으로 출구(13)를 통해서 응축물이 제거되게 된다.

상기 세정기(14)는 제1세정기(15)와 제2세정기(16)로 구성되어 있다. 상기 제1세정기(15)는 산(17)을 포함하고 있고, 상기 제2세정기(16)는 염기(18)를 포함하고 있다. 상기 각각의 세정기(15,16)에는 산과 염기를 공급하기 위한 입구라인(19,20)이 각각 제공되어 있다. 따라서, 측정 원리에 따라 액체(17,18)들을 교체할 수 있기 때문에 증발 시 실질적으로 pH를 일정하게 유지할 수 있다. 상기 세정기(14)는 산 단계(15)를 알칼리 단계(16)의 상류에 배열하는 것이 바람직하다. 이러한 순서는 산이 염기 보다 더욱 휘발하기 쉬우므로 매우 중요한 것이다. 상기 세정기(14)의 마지막 단계에 남아 있도록 하기 위해서는 염기는 수산화 나트륨이어야 한다.

상기 전체 시스템은 밀폐 및 절연된 용기에 내장되어 있다. 이방식에서는 에너지 중화 공정이 얻어지며 주변과의 상호 작용이 없다. 이것은 상기 증기가 저온의 단계에서 바람직하지 않은 응축을 방지하는 것을 의미하는 것이다. 만일 냉각 단계가 있다면 상기 증기가 상기 열 교환기(12)에서의 원하는 응축 대신에 냉각 단계에서 응축될 때 상기 공정은 정지하게 된다.

상기 세정기(15,16)는 기포 형성과 튀기는 것을 감쇠시키기 위해 충진물(23)이 제공되어 있는데, 이 충진물(23)은 액체가 분무 되도록 하고 드롭의 위험성을 상기 증기 도관(10)으로 내쫓게 된다. 이러한 충진몰로는 돌이 바람직하다. 이러한 방식에서 상기 증기가 상기 세정기(15,16)에서 상기 액체(17,18)를 통해서 솟아 오를 때 액체가 너무 격렬하게 돌진하는 것을 방지하게 된다.

상기 세정기(14)에 대해서는 첨부 도면 제2도에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

제2도는 두 단계 이상이 제공된 세정기(14)의 구현예를 나타낸 것이다. 즉, 상기 세정기는 3개의 산 단계(17A, 17B, 17C)로 이루어져 있다. 상기 세정기는 추가로 알칼리 단계(18)로 이루어져 있다 상기 세정기(14)는 원통형 슬리브(24) 내에 위치하는 도관을 갖는 실질적으로 원통 형태이다. 상기 세정기는 산을 위한 입구(19), 상기 장치 내에서 형성된 물을 위한 입구(25), 염기를 위한 입구(20)와 연결되어 있다. 상기 세정기는 사용된 산을 위한 출구(25)와 사용된 염기를 위한 출구(26)가 있다. 상기 출구는 각각 오우버플로우 파이프(27,28)와 연결되어 있고, 액체 표면(29)이 상기 출구 파이프(27,28)의 상단에 도달할 때 상기 출구로 배출된다.

산단계(17C)에서 가스는 중앙 스터브(30)를 통해서 솟아 오르며, 거기에 포함되어 있는 액체를 통해서 밑으로 내려오게 되는데, 상기 액체는 산의 휘발 특성으로 인하여 상당히 조금 산성화가 된 물로 된다. 따라서, 이러한 휘발 산은 산 용액을 형성하여 오우버플로우 파이프(31)를 통해서 제1단계(17A)로 내려가게 되는데, 이것은 제1단계에서 스터브(32)로 흐르는 가스의 초기 세척을 얻어내기 위한 것이다. 제2단계(17B)에서 산은 상기 입구(19)를 통해서 첨가되고, 가스는 스터브(33)를 통해서 들어온다. 거기에 수용되어 있는 액체를 통과한 후에 상기한 바와 같이, 이어지는 단계(17C)에서 영향을 받은 어떤 산 찌꺼기가 나타날 수 있다. 상기 산 단계(17B)에 있는 액체는 상기 오우버플로우 파이브(31)로 부터의 액체와 함께 오우버플로우 파이프 (34)를 경유해서 제1단계(17A)로 보내진다. 따라서, 모든 산 액체는 제1단계 (17A)에서 끝나게 되며, 상기출구(25)를 통해서 제거된다. 상기 가스가 상기 산 단계(17A-17B)를 모두 통과한 후에, 스터브(35)를 경유해서 알칼리 단계(18)로 보내지게 된다. 여기서, 가스는 상기 액체를 통해서 솟아 오르게 되고, 상기 도관(10)을 통해서 상기 세정기(14)를 벗어나게 된다.

이러한 구조에서는 산 단계를 여러 개 사용하게 되는데, 그 이유는 산이 염기보다 휘발성이 큰 경우에 종종 있을 수 있다. 여러 단계를 사용함으로써 산의 소모를 보다 정확하게 조정할 수 있고, 세정기(14)에서의 전체 산 소모량을 감소 시킬 수 있다. 일반적으로 증기가 알칼리 단계(18)를 통과한 후에 알칼리 불순물이 없는 것으로 나타날 때에는 하나의 알칼리 단계(18)를 사용하여도 충분할 수 있다.

상기 세정기(14)의 크기는 일례로, 500ℓ/h의 거름으로 부터 가스를 세척할 수 있는 용량을 위해서는 대략 0.60m의 직경과 대략 1.20m의 높이를 가질 수 있다.

Claims (8)

1. pH값이 서로 다른 여러 단계, 즉 적어도 하나의 산 단계와 적어도 하나의 알칼리 단계에 걸쳐 증기를 세정하되 상기 증기는 오염된 유체를 증발 시켜서 생성된 것이고, 상기 오염된 증기는 보일러에서 가열시켜서 형성된 것이며, 상기 증기는 압축기로 보내져서 압축된 후 열교환기로 보내져서 청정 증기로 응축되고, 상기 증기의 세정은 상기 보일러와 상기 열 교환기 사이에서 수행하여서 되는 가스 상의 불순물의 증기를 세척하는 방법에 있어서, 상기 세정은 상기 응축물에 해당하는 기본 유체를 갖는 세정 매체 중에서 수행하되 상기 유체의 비등점 온도에서 실시하고, 다른 증발 단계도 수행하게 되는 단열 용기내에서 실시하는 것을 특징으로 하는 증기의 세척 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 증기는 압축 후에 세정하는 것을 특지으로 하는 증기의 세척 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증기는 산 단계를 거친 후에 알칼리 단계를 통과하는 것을 특징으로 하는 증기의 세척 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 단계에서의 pH는 세정 매체를 전부 또는 부분적으로 교체함으로써 실직적으로 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 증기의 세척 방법.
5. 상기 제1항에 따른 방법 및 pH값이 다른 세정 매체로 이루어져 있고, 적어도 하나의 산 단계와 적어도 하나의 알칼리 단계로 이루어져 있으며, 세척은 오염된 액체의 증발시 수행하여서 되는 여러 단계를 가지는 세정기를 사용하여 수행하되 오염된 액체를 가열하여 증기를 형성시키는 보일러, 상기 증기를 압축하기 위한 압축기 및 청정 증기로 응축시키게 되는 열교환기로 이루어져 있으며, 상기 세정기는 상기 보일러와 상기 열 교환기 사이에 있는 도관에 설치되어 있는 가스 상 불순물의 증기를 세척하기 위한 장치에 있어서, 상기 세정기는 상기 응축물에 해당하는 기본 유체를 갖는 세정 매체를 포함하며, 증발시에 사용하기 위한 다른 장치 부품도 포함하고 있는 단열 용기 내에 위치 하고 있는 것을 특징으로 하는 증기의 세척 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 세정기는 상기 압축기 다음에 배열되어 있으며, 두 개의 단계로 이루어져 있되 상기 산 단계는 상기 증기의 흐름 방향에 대해 맨 앞쪽에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 증기의 세척 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 세정기의 각 단계는 각 세정매체를 위한 pH-조정제의 공급원과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 증기의 세척 장치.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 기포 감쇠 부재가, 바람직하게는 충진물 형태로 각각의 세정 단계에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 증기의 세척 장치.