KR100208299B1 - 기체 스트림으로부터 이산화황을 제거하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수성 SO₂흡착제 및 임펠러를 포함하는 탱크 세정기를 포함하는, 고농도의 SO₂를 포함하는 저용적의 기체 스트림으로부터 SO₂를 제거하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 임펠러는 상부 및 하부 임펠러를 갖는 수직 회전축을 포함한다. 하부 임펠러는 SO₂흡착제를 교반하기 위해 작용한다. 상부 임펠러는 덮개를 포함함으로써 흡착제 및 기체를 인도하여 세정기의 벽에 대하여 외부방향으로 인도한다. 기체는 덮개가 있는 임펠러 하부 지점에서 흡착제 속에 주입된다. 덮개는 기체가 통과하는 것을 방지함으로써 기체-액체 혼합을 촉진시켜서, 결과적으로, SO₂제거 효율을 상당히 향상시킨다.

Description

기체 스트림으로부터 이산화황을 제거하는 방법

제1도는 본 발명의 바람직한 양태에서 공정을 수행하기 위한 장치의 개략도이다.

제2도는 본 발명의 바람직한 형태에 따르는 덮개가 있는 임펠러(shrouded impeller)의 하부 투시도이다.

본 발명은 SO₂함유 기체[이후, 연도 기체(flue gas) 또는 간단히 기체로서 언급함]로부터 이산화황을 세정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 수성 흡수제 속에 SO₂함유 기체를 분산시키기 위한 임펠러 장치가 제공된 분산된 기체 상 이산화황 세정기 또는 탱크 세정기에 관한 것이다.

다량의 이산화황이 전세계의 공장에서 매년 방출되고 이러한 방출을 조절하기 위한 강력한 법규들이 대부분의 국가에서 제정되고 있다. 습윤 세정 시스템[예; 분무 탑(spray tower)]은 연도 기체로부터 이산화황을 제거하기 위해 사용하는 가장 일반적인 수단이다. 습윤 세정기는 전형적으로 연도 기체로부터 SO₂을 제거시키기 위하여 알칼리성 시약[예; 중탄산나트륨, 탄산나트륨, 석회 또는 석회석]의 수용액 또는 수성 슬러리를 사용한다. 알칼리성 시약의 이러한 용액 및 슬러리는 종종 SO₂흡수제 또는 간단히 흡수제로서 언급된다. 통상적인 습윤 세정기는 SO₂를 제거시키는 매우 효과적인 수단인 것으로 판명되었지만, 이들은 엄청난 스케일 침적으로 인하여 유지 비용이 매우 커지는 경향이 있다. 추가로, 통상적인 습윤 세정기의 SO₂제거 효율은 약 90%뿐인데, 이것은 방출된 연도 기체가 전세계의 수많은 지역에서의 법규적인 표준을 충족시키도록 하는데 있어 항상 적합한 것은 아니다.

탱크 세정기는 통상적인 습윤 세정기를 대체시킨다. 탱크 세정기는 일반적으로 SO₂에 대한 흡수제로서 작용하는 알칼리성 시약[대개, 석회 또는 석회석]의 수성 슬러리 또는 수용액을 포함하는 용기를 제공한다. 연도 기체는 흡수제 슬러리속에 직접 주입시킨다. SO₂함유 기체를 흡수제 슬러리와 접촉시키기 위한 몇몇의 장치가 제안되어 왔다. 예를 들면, 미합중국 특허 제4,099,925호에서, 연도 기체는 액체 상승용 파이프(liquid-raising pipe)에서 흡수 슬러리와 접촉된다. 미합중국 특허 제4,156,712호에서, 연도 기체는 특정한 기계적 교반의 도움없이 연도 기체 주입량 이상으로 액체 흡수제의 상부에 스파징(sparging)시킨다. 미합중국 특허 제4,229,417호에서, 연도 기체 분산은 연도 기체를 흡수제 슬러리 속에 공급하는 파이프가 보다 양호한 기체 분산을 위해 제공되는 노치(notch)를 갖는 것만 제외하고는 미합중국 특허 제4,156,712의 방법과 유사한 방법으로 성취한다. 미합중국 특허 제4,911,901호에는 연도 기체가 반응기 속에서 기체-슬러리 접촉 전에 흡수제 슬러리의 비말(spray)과 접촉되는 방법이 기재되어 있다. 이러한 선행 기술의 탱크 세정기에 의해 획득되는 SO₂제거 효율은 90 내지 90% 범위인데, 이것은 통상적인 습윤 세정기 효율에 비하여 상당히 개선된 것이다. 이들 탱크 세정기의 효율은 특히, 연도 기체 중의 SO₂농도가 비교적 높은 경우, 보다 특히, 기체가 1%초과의 SO₂를 포함하는 경우 법규적인 요구조건을 항상 충족시키는데 적합한 것은 아니다.

일반적으로, 탱크 세정기는 흡수제를 통하여 연도 기체를 버블링(bubbling)시키는 장치를 포함한다. 결과적으로, 탱크 세정기는 전형적으로 처리시킬 수 있는 연도 기체의 용적에 대하여 제한된다.

현재 이용되고 있는 탱크 세정기는 매우 큰 용적의 연도 기체를 처리함에 있어서의 어려움으로 인하여 제한되지만, 비교적 작은 용적[즉, 25,000CMF 미만]이고 SO₂함량의 연도 기체를 생성하는 공장의 탱크 세정기에 수많은 잠재적인 적용이 존재한다. 예를 들면, 신개발된 야금 공정[예, 산소 증량된 금광 배소(roasting)]은 이러한 기체들을 생성시킨다. 스몰 클라우스(Small Claus) 공장도 이러한 기체를 생성시킨다. 저용적의 연도 기체를 처리하는데 사용되는 경우 탱크 세정기의 고효율에 기인하여, 잠재적인 적용의 수는 점점 강화되고 있는 환경보호 법규와 함께 증가되어야 한다. 탱크 세정기 고안에 있어서의 연속된 개량은 탱크 세정기의 사용에 대한 휠씬 더 많은 기회를 제공하게 된다.

따라서, 연도 기체 및 기타 기체 스트림으로부터 SO₂를 제거하기 위한 탱크 세정기의 효율을 향상시키기 위한 계속적인 필요성이 존재해 왔다. 또한, 고농도의 SO₂를 포함하는 연도 기체의 저용적 스트림으로부터 다량의 SO₂를 제거할 수 있는 개량된 탱크 세정기에 대한 특별한 필요성이 존재한다.

따라서, 본 발명은 연도 기체로부터 SO₂를 제거하기 위한 개량된 탱크 세정기 고안을 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 방법 및 장치는 고농도의 SO₂를 포함하는 연도 기체의 저용적 스트림으로부터 SO₂를 효과적으로 제거할 수 있는 것이다.

본 발명은 SO₂함유 기체, 특히 1용적% 초과의 양으로 이산화황을 포함하는 연도 기체로부터 이산화황을 세정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. SO₂및 바람직하게는 O₂를 포함하는 SO₂함유 기체는 약 2 내지 8psig의 압력으로 압축시켜 새로운 SO₂흡수제가 공급된 탱크 세정기 속에 주입시킨다. 적합한 흡수제는, 예를 들면, 중탄산나트륨, 탄산나트륨 또는 수산화나트륨의 수용액 또는 수성 슬러리 및 석회 및/또는 석회석의 수성 슬러리 및 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직한 흡수제는 석회의 수성 슬러리이다. 탱크 세정기는 흡수제 중에 기체를 분산시키고, 수성 흡수제를 순환시키며 고체를 현탁액 중에 유지시키기 위한 교반 수단을 포함한다. 탱크 세정기의 교반 시스템은 고전단력을 제공하도록 고안된 상부 임펠러 수단 및 교반시키도록 고안된 하부 임펠러 수단을 포함한다. 상부 및 하부 임펠러는 탱크 속에 위치된 단일 회전 임펠러 축 상에 위치시켜 임펠러가 흡수제의 표면 밑에 존재하도록 하는 것이 바람직하다. 또 다른 양태에서, 임펠러는 별도의 회전축상에 위치할 수 있다. 바람직한 양태에서, 하부 임펠러는 피칭된 블레이드(pitched blade)이다. 바람직하게는, 상부 임페러는 덮개로서 작용하는 원형 디스크 및 디스크의 외부 가장자리에서 종결되는 방사형으로 연장되는 다수의 편평한 블레이드 또는 날개를 포함하는 덮개가 있는 편평한 블레이드 디스크 고안이다.

편형한 블레이드는 디스크의 하측에 고정시킨다. 하부 임펠러의 덮개는 바람직하게는 흡수제 용액 또는 슬러리의 표면 하부에서 1 내지 3ft 사이에 위치된다. SO₂함유 기체는 SO₂흡수제의 용액 또는 슬러리 속에 주입되어 상부 임펠러에 의해 상기 용액 또는 슬러리 속에 분산된다. 수성 흡수제의 pH는 새로운 흡수제를 가함으로써 pH를 약 4.5 내지 7.0으로 유지시키는 것이 바람직하다. 용액 또는 슬러리 온도는 33 내지 185°F으로 유지시키는 것이 바람직하다. SO₂함유 기체는 탱크 세정기 속에 유지된 흡수제 용액 또는 슬러리의 표면 밑의 3 내지 5ft에서 상부 임펠러와 하부 임펠러 사이의 임펠러 축 부근의 지점에 주입된다. 단일 노즐 기체 주입 수단을 사용하여 SO₂함유 기체를 하방으로 주입시키는 것이 바람직하다. 또한, 다수의 주입 노즐을 사용할 수 있다.

기체 속에 포함된 SO₂는 흡수제의 수성 상 속에 용해되고 흡수제와 반응하여 중간체 생성물[예: 중아황산나트륨 NaHSO, 아황산나트륨 Na₂SO₃, 중아황산칼슘 Ca(HSO₃)₂및/또는 아황산칼슘 CaSO₃]을 형성한다. 충분한 산소가 사용되는 경우, 상응하는 황산염이 형성된다. Na₂SO₃또는 CaSO₄에 대한 반응을 완결시키기 위해 불충분한 산소가 주입 기체 속에 사용되는 경우, 추가의 산소를 기체 유입 라인을 통하여 탱크 세정기 용액 또는 슬러리 속에 직접 가하거나 탱크 세정기로부터의 용액 또는 슬러리 유출물 라인 속에 직접 가할 수 있다.

본 발명의 한 가지 바람직한 양태에서, 공정은 연속 공정으로서 수행한다. 새로운 수성 흡수제는 탱크 세정기로 계속적으로 도입됨으로써 탱크 속의 흡수제는 새로운 흡수제와 사용된 흡수제의 혼합물을 포함한다. 새로운 흡수제는 SO₂함유 기체의 주입을 개시하는 속도로 탱크에 도입시킴으로써 수성 흡수제의 pH는 바람직하게는 약 4.5 내지 7.0 보다 바람직하게는 약 5.4 내지 6.0으로 유지시킨다.

사용된 SO₂흡수제는 덮개가 있는 임펠러의 약 1 내지 3ft위에서 용액 또는 슬러리를 일정량으로 유지시키기에 충분한 속도로 교반된 탱크로부터 회수된다.

선행 기술의 탱크 세정기의 단점과 제한은 본 발명의 방법과 장치에 의해 제거된다. 본 발명은 신규한 탱크 세정기를 사용하여 기체, 특히 연도 기체로부터 이산화황을 제거하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 1 내지 50용적%의 이산화황을 포함하는 기체로부터 다량의 이산화황을 효과적으로 제거할 수 있다.

SO₂함유 기체[예: 연도 기체]는 SO₂흡수제를 포함하는 탱크 세정기 속에 주입된다. 탱크 세정기는 덮개가 있는 고전단 상부 임펠러를 포함하는 임펠러 수단을 포함한다. 임펠러 수단은 추가로 수성 흡수제를 교반시키는데 작용하는 피칭된 블레이드 하부 임펠러를 포함한다. 상부 및 하부 임펠러는 바람직하게는 당해 임펠러들을 위치시키기 위한 상부 및 하부 영역을 갖는 공동 수직 회전 축 상에 위치한다. 임펠러는 별도의 축 상에 위치할 수도 있다. SO₂함유 기체는 바람직하게는 수성 흡수제의 위치 밑에서 약 3내지 5ft의 상부 임펠러와 하부 임펠러 사이의 지점에서 수성 흡수제 속에 주입된다. 상부 임펠러는 전단작용을 제공하여 주입된 기체를 분산시키고 SO₂의 흡수제로의 흡수를 가속시킨다. 상부 임펠러 상의 덮개는 실질적으로 흡수제 속에 분산되기 전에 SO₂함유 기체가 흡수제로부터 버블링되는 것을 방지한다. 하부 임펠러의 블레이드는 교반 작용을 제공하여 피칭되어 축을 따라 흡수제를 끌어올리거나 그렇지 않으면 흡수제를 탱크의 하부에 추진시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 양태에 있어서, SO₂흡수제는 알칼리성 흡수제 물질의 수용액 또는 수성 슬러리이다. 바람직한 알칼리성 흡수제 물질은 탄산칼슘[예: 석회석], 산화칼슘[예: 석회] 및 수산화칼슘[예: 소석회(slaked lime)]이다. 기타의 만족스러운 알칼리성 흡수제 물질은, 예를 들면, 중탄산나트륨, 탄산나트륨 및 수산화나트륨을 포함할 수 있다.

본 발명의 방법은 바람직하게는 새로운 수성 흡수제가 반응 용기에 연속적으로 가해지고 사용된 흡수제가 연속적으로 제거되는 연속 공정이다. 덜 바람직한 것이지만, 공정은 배치 공정(batch process)으로 수행할 수 있다. SO₂함유 기체는 이후에 보다 상세하게 기술하는 바와 같이 흡수제 속에 주입된다. SO₂함유 기체 주입 및 새로운 흡수제의 첨가 전반에 걸쳐, 탱크 세정기 속의 수성 흡수제의 pH는 바람직하게는 약 4.5 내지 7.0 보다 바람직하게는 약 5.4 내지 6.0으로 유지시킨다. 특정한 작동 조건하에서, 흡수제의 pH는 7.0 이상으로 상승시킬 수 있다. 수성 흡수제의 pH는 바람직하게는 pH가 목적하는 수준으로 유지되도록 새로운 흡수제 첨가 속도와 기체 주입 속도를 조정함으로써 조절된다. 새로운 흡수제의 첨가량 및 첨가 속도는 흡수제의 농도와 처리될 기체의 이산화황 함량에 좌우된다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르는 장치는 제1도에 나타내었다. 탱크 세정기(4)는 고전단력을 제공하기 위한 덮개가 있는 상부 임펠러(6) 및 교반을 제공하기 위한 피칭된 블레이드 하부 임펠러(8)로 이루어진 교반 시스템이 장착된 상부 폐쇄된 용기이다. 바람직하게는, 덮개가 있는 임펠러(6)에는 기체 분산을 위한 4개 또는 6개의 편평한 직사각형 블레이드(20)가 부착되어 있다. 제1도에 나타낸 바와같이 블레이드의 끝은 임펠러 덮개(7)의 외부 가장자리와 일치시킨다. 임펠러의 크기는 탱크의 크기와 기타 인자에 따라 변화하게 된다. 예를 들면, 20ft 직경의 탱크는 전형적으로 최대 효율을 수득하기 위해서는 약 6 내지 7ft 직경의 상부 임펠러 및 약 9 내지 10ft 직경의 하부 임펠러를 필요로 하게 된다. 덮개(7)는 임펠러 축(5)을 따라 주입된 기체의 통과를 방지하고 흡수제 속에서의 연도 기체 잔류시간을 방해하지 않고 수성 흡수제 속에서 비교적 얕은 깊이로 기체가 주입되도록 한다. 기체 주입을 얕게 하는 경우, 기체 주입시의 마력 요구량을 줄인다. 상부 및 하부 임펠러(6 및 8)는 바람직하게는 모터(9)에 의해 구동되는 공동 임펠러 축(5)에 부착시킨다.

탱크 세정기(4) 속에 유지된 탱크 세정기 용액 또는 슬러리(10)[이후, 탱크 세정기 유체 또는 간단히 유체로서 언급함]는 새로운 SO₂흡수제와 사용된 SO₂흡수제의 수성 혼합물을 포함한다. 탱크 세정기 유체(10)는 새로운 흡수제를 가함으로써 pH를 4.5 이상, 바람직하게는 5.4 이상으로 유지시킨다. 석회의 수성 슬러리를 새로운 흡수제로서 사용하는 경우, 탱크 세정기 유체(10)는 pH를 바람직하게는 4.5 내지 7.0보다 바람직하게는 5.4 내지 6.0의 범위로 유지시킨다. 추가의 새로운 SO₂흡수제는 라인(13)을 통해 연속적으로 가하여 탱크 세정기 유체(10)의 pH를 조정한다. 탱크 세정기 유체의 pH는 7.0 이상으로 상승시킬 수 있지만, 7.0 이상의 pH 값에서 연도 기체 속에 포함된 Ca(OH)₂와 이산화탄소 사이에 발생되는 반응은 CaCO₃형성을 증가시키고, 스케일 침적을 증가시키고 석회 소모를 크게하는 경향을 일으킨다. 4.5 이하의 pH 값에서, SO₂용해도는 너무 낮아서 세정기 효율에 결정적인 영향을 미친다. 탱크 세정기 유체 표면 수위(11)는 바람직하게는 덮개가 있는 임펠러(6)의 약 1 내지 3ft 위의 위치에 유지시킨다. 세정기 유체 표면 수위(11)는 탱크 세정기(4) 속에 포함된 슬러리를 연속적으로 또는 주기적으로 회수시킴으로써 조절한다. 탱크 세정기(4)는 흡수제 유체 상부에 기체 회수 공간(12)을 제공하도록 하는 크기로 설계하여 라인(14)을 통해 세정기(14)를 빠져나오기 전에 처리된 기체를 회수한다.

제1도에서, SO₂및 바람직하게는 O₂를 포함하며 약 2 내지 8psig로 압축시킨 연도 기체는 라인(1 및 2) 및 주입 노즐(3)을 통해 탱크 세정기(4)로 공급된다. 제1도에 나타낸 바와 같이, 연도 기체 주입 노즐(3)은 바람직하게는 연도 기체를 하부 임펠러(8)를 향한 방향의 하방으로 주입시킨다. 연도 기체는 덮개가 있는 상부 임펠러(6) 바로 밑의 교반기 축(5) 부근의 지점에서 탱크 세정기 유체(10)의 표면 밑에 주입된다. 연도 기체 주입점은 바람직하게는 탱크 세정기 유체 표면 수준(11)에서 약 3 내지 5ft 아래이다. 바람직하게는, 단일 주입 노즐(3)을 사용하여 다수의 주입 점을 사용함으로써 일반적으로 생성되는 잠재적인 스케일 침적을 방지한다. 주입 노즐(3)의 내부는 내부 노즐립 및 내부 노즐 파이프 표면을 향한 다수의 물 비말(나타내지 않았음)의 작용에 의해 깨끗하게 유지될 수 있다.

연도 기체중의 SO₂는 탱크 세정기 유체(10)속에 포함된 흡수제와 반응하여 중간체 반응 생성물[예: 중아황산나트륨 NaHSO₃, 아황산나트륨 Na₂SO₃, 중아황산칼슘 Ca(HSO₃)₂및/또는 아황산칼슘 CaSO₃]을 형성시킨다. 이들 중간체 생성물은 충분한 산소가 세정기 속에 존재하는 경우 추가로 산소와 반응하여 상응하는 황산염을 형성시킨다. 중간체 생성물의 산화를 효과적으로 완결하기 위해 연도 기체 속에 사용할 수 있는 O₂가 불충분[즉, 약 5용적% 미만의 O₂]한 경우, O₂공급원을 가할 수 있다. 본 발명의 바람직한 양태에 있어서, 연도 기체는 흡수제 속에 주입되는 때에 약 5용적% 이상의 산소를 포함한다. 당해 추가의 O₂공급원은 라인(18)을 사용하여 연도 기체 유입 라인(1)에 가할 수 있다. 추가의 O₂공급원은 연도 기체 주입 노즐(3)에 인접하고 상부 임펠러(6) 하부에 존재하는 탱크 세정기 유체(10)의 표면(11) 밑에 위치시킬 수 있는 노즐(19)과 같은 분배 시스템을 통하여 탱크 세정기 유체(10)에 직접 가할 수 있다. 또 다른 양태에서, 라인(15 및 17) 및 밸브(16)에 의해 탱크 세정기(4)를 빠져나오는 유출물 탱크 세정기 유체(10)는 탱크 세정기(4) 외부의 수단(나타내지 않았음)에 의해 공기 또는 산소를 사용하여 처리할 수 있다. 기체의 산소 함량을 보충하기 위해 연도 기체에 가해진 산소는, 일반적으로 보다 순수하거나 농축된 형태의 산소가 사용될 수 있지만, 산소 함유 기체[예: 공기] 형태이다.

탱크 세정기(4)는 30분 이상, 바람직하게는 8 내지 24시간 동안 유체를 보유할 수 있는 크기로 설계한다. 33 내지 185°F으로 유지시킨 탱크 세정기 유체(10)는 라인(15), 조절 밸브(16) 및 라인(17)을 통해 세정기(4)로부터 회수된다. 중탄산나트륨 또는 탄산나트륨 용액을 흡수제로서 사용하는 경우, 수득한 황산나트륨 용액은 당해 분야에 공지된 바와 같이 석회를 사용하여 재생시킬 수 있다. 바람직한 양태에서와 같이, 석회를 흡수제로서 사용하는 경우, 탱크 세정기 유체(10)를 처분하기 위한 테일링 폰드(tailings pond)에 보내거나, 그렇지 않으면, 유체는 탈수시켜 산업용품으로 사용하기 위해 이의 고형물을 회수할 수 있다.

본 발명의 탱크 세정기(4)의 독특한 이점은 교반 시스템이다. 교반기 축(5) 상부의 기체의 짧은 순회(circuiting)를 방지시킴으로써, 상부 덮개(7)는 연도 기체의 비교적 얕은 주입을 허락하며 여전히 최소 용적의 흡수제 속에서 기체-유체가 양호하게 접촉하도록 한다. 이것은 연도 기체 압축 필요성을 최소화[즉, 약 2 내지 8psig]시키고, 마력을 상당히 절감시킨다. 2개의 입펠러 수단과 조합시킨 덮개(7)는 기체와 탱크 세정기 유체(10)의 격력한 교반 및 혼합을 제공하며, 결과적으로 탱크 세정기 유체(10)에 의해 SO₂의 빠르고 효과적인 흡수를 촉진시킨다.

제2도는 덮개가 있는 임펠러(6)와 덮개(7)의 하부 투시도이다. 당해 양태에서, 임펠러는 덮개(7) 바로 밑에 위치된 6개의 편평한 직사각형 블레이드(20)를 갖는다. 나타낸 바와 같이, 덮게(7)는 실질적으로 임펠러 축(5)에 고정된 편평한 디스크형 부재이다. 블레이드(20)는 실질적으로 덮개(7)의 하부 측면에 고정된 직사각형 형태이다. 블레이드(20)는 바람직하게는 임펠러 축(5)의 축과 실질적으로 평행한 수직면에 위치한다. 제2도에 나타낸 양태에서, 임펠러 블레이드는 임펠러 축(5)으로부터 외부 방향으로 방사형으로 연장되고 덮개(7)의 외부 가장자리에서 종결된다. 바람직하게는, 블레이드(20)는 축(5)에서 약간 일정한 간격을 둔다. 다른 방법으로는, 블레이드(20)는 축(5)과 접촉하고 덮개(7)의 외부 가장자리에 대하여 외부 방향으로 방사형으로 연장된다. 추가의 양태에서, 임펠러 블레이드(20)는 임펠러 축(5)의 축에 대하여 피칭될 수 있다.

덮개(7)와 임펠러 블레이드(20)는 바람직하게는 주입된 연도 기체가 임펠러축을 따라 상방으로 통과하여 계속적으로 세정기를 빠져나오는 것을 방지할 수 있도록 치수를 정한다. 축(5)은 연도 기체를 외부 방향으로 방사형으로 인도하고 연도 기체를 흡수제 속에 분산시켜 이산화황을 효과적으로 제거시키기 위한 충분한 보유 시간을 조장하기에 충분한 속도로 회전된다.

본 발명의 중요한 이점은 연도 기체로부터 SO₂를 제거시키는 효율에 있다. 선행 기술의 탱크 세정기는 SO₂제거 효율을 90 내지 99%의 범위로 제공하고, 보다 전형적으로는 비교적 소량의 이산화황을 포함하는 연도 기체에 대한 SO₂제거 효율은 약 93 내지 96%로 제공한다. 반면에, 본 발명의 장치 및 공정은 전면적인 규모의 공장 작동 데이터를 기준으로 하여 99.9% 등급의 SO₂제거 효율을 제공하는데, 이것은 선행 기술에서 수득한 최고치보다 더 높은 크기 등급이다. 본 발명의 방법 및 장치는 다량의 이산화황 뿐만 아니라 기타 오염물질을 포함하는 연도 기체로부터 이산화황을 제거하는데 효과적인 것으로 밝혀졌다.

기타 이점은 고안의 단순성이다. 예를 들면, 연도 기체는 단일 주입 노즐(3)을 통해 탱크 세정기 유체(10) 속에 주입되는 반면 선행 기술의 방법은 전형적으로 다수의 주입 파이프를 사용한다. 전면적인 규모의 공장 작동으로부터 유도된 경험을 근거로 하여, 고안의 단순성은 유지 비용이 적게 들고 작동이 쉽다는 것을 뜻한다. 다수의 노즐을 사용하는 것보다 단일 주입 노즐을 사용하는 본 발명의 장치의 능력은 흡수제 속에 연도 기체를 효과적으로 분산시키기 위한 덮개가 있는 임펠러의 효율에 기인한 것이다.

본 발명의 또 다른 분명한 이점은 기체 분산을 생성시키는 기계적인 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 방법은 탱크 세정기 유체(10) 속에 기체의 미분산을 생성시키는 덮개가 있는 임펠러(6)를 사용함으로써 연도 기체로부터 SO₂를 효과적으로 제거한다.

본 발명의 여전히 또다른 이점은 탱크 장치 상의 스케일 형성이 SO₂흡수제로서 석회와 같은 칼슘 화합물을 사용하는 시스템에서 대부분 제거된다는 점이다. 본 발명의 양태에서, 아황산칼슘 결정은 사용된 혁신적인 기술에 의해 생성된 미분산 고체 상에서 우세하게 성장하는 경향이 있음으로 인하여 성취된다. 본 발명의 기타 이점은 당해 분야의 전문가들에게는 명백해질 것이다.

하나의 바람직한 양태에서, 단일 탱크를 사용한다. 두 번째 지지 탱크 또는 세정기 탱크는 제1탱크와 연결시켜 사용하여 보유 시간을 증가시킴으로서 적절하게 성장되도록 한다.

본 시스템은 미합중국 특허 제4,919,715호에 기술된 바와 같은 금광, 산소 증량된 배소공정으로부터의 배출 기체를 처리하는데 특히 적합하다. SO₂함량이 4 내지 14%이고 O₂함량이 약 15 내지 17%인 약 2600SCFM의 연도 기체가 금광 배소 공정으로부터 방출된다. 전면적인 규모의 배소공장 작동 도중의 탱크 세정기 단위의 작동 효율은 99.9% 초과이다. 본 발명의 신규한 탱크 세정기는 기타의 산소 증량된 금광 배소공장 및 또한 기타 산업에서의 유사한 크기의 공장, 특히 비교적 작은 용적의 고 SO₂함유 연도 기체를 방출하는 공장(예: 클라우스 공장)에 적합하다. 상기한 바와 같이 산소 제공 기체를 필요한만큼 별도로 주입시킬 수 있지만, 연도 기체 중에 실질적인 양의 O₂가 존재하는 것도 이득이다.

[실시예]

4%의 SO₂및 17%의 O₂를 포함하는 금광 산소 배소 공장으로부터의 2660 SCFM스트림의 연도 기체를 제1도에 나타낸 바와 같은 탱크 세정기 속에 공급한다. 연도 기체의 온도와 압력은 각각 160°F와 3.8psig이다. 탱크 세정기는 직경이 20ft이고 높이가 22ft이다. 탱크 세정기에는 직경이 82in인 덮개(82) 및 블레이드의 외부 끝이 덮개의 외부 가장자리와 일치하도록 덮개에 용접시킨, 각각 길이가 38in이고 높이가 12.2in인 6개의 블레이드를 갖는 덮개가 있는 임펠러가 구비되어 있다. 덮개가 있는 임펠러 하부의 동일 축 상에 직경이 112in인 피칭된 블레이드 임펠러를 위치시킨다. 임펠러들의 상대적인 위치는 각각 탱크의 하부로부터 약 144in 및 37in이다. 임펠러에는 75마력의 모터가 장착되어 있으며 약 37RPM으로 작동된다. 탱크는 20중량%의 황산칼슘 슬러리를 포함하는데, 이의 pH는 석회 슬러리를 연속적으로 가함으로써 5.4 내지 6.0의 범위로 유지시킨다. 탱크 세정기 속의 슬러리 양은 약 15ft로 조절한다. 과량의 슬러리는 탱크 세정기로부터 연속적으로 회수시켜 슬러리를 일정량으로 유지시킨다. 세정기를 빠져나오는 기체 스트림은 약 20ppm의 SO₂를 함유하는데, 이는 약 99.95%의 SO₂제거 효율에 상응한다.

Claims (25)

1. a. 수성 SO₂흡수제를 SO₂흡수제 유체의 pH가 4.5 이상으로 유지되는 양으로 용기 속에 가하는 단계, b. 수성 SO₂흡수제 유체를 상부 임펠러 및 하부 임펠러[여기서, 상부 임펠러는 기체 통과를 억제시키기 위한 하나 이상의 덮개를 포함한다]를 포함하는 회전 임펠러를 이용하여 교반시키는 단계, c. 수성 흡수제 유체의 표면 하부의 SO₂함유 기체를 상부 임펠러와 하부 임펠러 사이 부근에 주입시키는 단계, d. 수성 흡수제 유체를 회수함으로써 용기 속의 수성 흡수제 유체의 수위를 예정된 높이로 유지시키는 단계 및 e. 용기로부터 탈황된 기체를 제거하는 단계를 포함하여 SO₂함유 기체로부터 SO₂를 제거하는 방법.
2. 제1항에 있어서, SO₂흡수제 유체가 중탄산나트륨, 탄산나트륨, 수산화나트륨, 소석회, 석회석 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 알칼리성 성분의 수용액 또는 수성 슬러리인 방법.
3. 제1항에 있어서, 용기에 공급되는 기체의 SO₂함량이 약 1 내지 약 50용적%인 방법.
4. 제1항에 있어서, 용기에 공급되는 기체가 산소를 포함하고 이의 산소 함량이 약 5용적% 이상인 방법.
5. 제1항에 있어서, 흡수제 유체 속에 주입시키기 전에 기체에 산소를 가함으로써 기체 속의 총 산소 함량이 약 5용적% 이상으로 제공되는 단계를 추가로 포함하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 산소 함유 공급원을 수성 흡수제 유체 속의 실질적으로 모든 아황산염 및 중아황산염 생성물을 황산염으로 산화시키기에 충분한 양으로 흡수제 유체 속에 가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 단계(d)의 용기로부터 회수된 수성 흡수제 유체 속에 산소를 주입시켜 실질적으로 모든 아황산염 및 중아황산염 생성물을 황산염으로 산화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 기체를 수성 흡수제 유체 속에 주입시키기 전에 약 2 내지 8psig로 압축시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 유체의 온도가 약 33 내지 185°F으로 유지되는 방법.
10. 제1항에 있어서, SO₂흡수제 유체가 석회의 슬러리인 방법.
11. 제1항에 있어서, 용기 속의 수성 흡수제 유체의 pH가 약 5.4 내지 6.0으로 유지되는 방법.
12. 제1항에 있어서, 수성 흡수제 유체를 용기 속에 30분 이상 동안 유지시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
13. 제1항에 있어서, 수성 흡수제 유체를 용기 속에 약 8 내지 24시간 동안 유지시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
14. 제1항에 있어서, 수성 흡수제 유체의 수위를 상부 임펠러의 약 1 내지 3ft 위로 유지시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
15. 제1항에 있어서, 기체를 흡수제 유체의 표면의 약 3 내지 5ft 밑으로 주입시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
16. 제1항에 있어서, 기체를 단일 노즐을 통하여 수성 흡수제 유체 속에 주입시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
17. 제1항에 있어서, 상부 임펠러와 하부 임펠러가 공동 회전축에 위치하는 방법.
18. 제1항에 있어서, 상부 임펠러와 하부 임펠러가 각각 별도의 회전축에 위치하는 방법.
19. a. 상부 및 하부 영역[여기서, 하부 영역은 수성 SO₂흡수제를 교반하기 위한 피칭된 블레이드 제1임펠러수단을 지니고, 축의 상부 영역은 제1임펠러수단 상부에 부착된 제2임펠러수단을 포함하고 축에 고정된 실질적으로 수평인 덮개를 갖는다]을 갖는 실질적으로 수직인 회전 축을 포함하는 교반기 수단 및 수성 흡수제를 축으로부터 실질적으로 방사형으로 인도하는 수단을 포함하고, 수성 SO₂흡수제를 포함하는 용기[여기서, 용기 속의 수성 흡수제의 pH는 4.5 이상이다] 속에 SO₂함유 기체를 연속적으로 도입하는 단계, b. SO₂함유 기체를 상부 임펠러 수단과 하부 임펠러 수단 사이에 부착된 지점에서 수성 흡수제 속에 주입시키고, 임펠러 축을 충분히 전단력을 생성시키는 속도로 회전시킴으로써 수성 흡수제를 동시에 교반하여 주입된 연도 기체를 외부 방향으로 방사형으로 인도함으로써 기체를 수성 흡수제 속에 분산시켜 기체로부터 SO₂를 흡수시키는 단계 및 c. 수성 흡수제로부터 주입된 기체를 제거하는 단계를 포함하는, SO₂함유 기체로부터 SO₂를 제거하기 위한 연속 방법.
20. 제19항에 있어서, 수성 흡수제를 용기 속의 수성 흡수제의 pH가 4.5이상으로 되도록 하는 속도로 용기 속에 연속적으로 도입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
21. 제19항에 있어서, 용기로부터 사용된 수성 흡수제를 연속적으로 제거함으로써 흡수제를 실질적으로 일정량으로 유지시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
22. 제1항에 있어서, SO₂함유 기체를 분산시키기에 충분한 전단력을 제공하는 속도로 상부 임펠러를 회전시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
23. 제1항에 있어서, 하부 임펠러가 수성 흡수제를 교반시키기 위한 피칭된 블레이드 임펠러를 포함하는 방법.
24. 제23항에 있어서, 상부 임펠러가 실질적으로 수직인 회전축에 고정된 실질적으로 수평인 원형 디스크 및 디스크의 하부 측면에 부착되고 축으로부터 디스크의 외부 가장자리로 방사형으로 연장되는 다수의 날개를 포함하는 방법.
25. 제24항에 있어서, 산소 함유 기체를 상부 임펠러와 하부 임펠러 사이에 위치하는 축 부근에 주입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.