KR100333930B1 - 유해가스 제거와 필터의 재생이 동시에 가능토록 한배기가스 처리용 가스 스크러버 및 그 배기처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유해가스 제거와 필터의 재생이 동시에 가능토록 한 배기가스 처리용 가스 스크러버 및 그 배기처리방법에 관한 것으로, 그 목적은 유독가스 등의 유해한 배기가스를 정화하는 배기가스처리장치 및 방법에 있어서, 압력강하의 단점이 있고, 용량이 한정되며, 수명이 1회인 입상의 활성탄과 같은 무기물 흡착제를 사용한 가스 스크러버나 종래의 고체 충전물을 사용한 기체 흡수탑과 달리 이온교환필터를 사용하여 압력강하가 적으면서도 재생액에 의해 필터를 재생함으로써 용량 및 수명의 문제를 해결할 수 있는 배기가스처리용 이온 교환 스크러버 장치 및 처리방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 구성은 유해가스를 이온교환필터소재를 통과시켜 이온교환 흡착시키고 동시에 재생용액을 순환시켜 재생하여 장기간 필터를 쓰도록 만든 신개념의 시스템이다.

Description

유해가스 제거와 필터의 재생이 동시에 가능토록 한 배기가스 처리용 가스 스크러버 및 그 배기처리방법{Gas scrubber and its method for removing the poisonous gases from exhaust gases using regenerable ion exchange filter}

본 발명은 유해가스 제거와 필터의 재생이 동시에 가능토록 한 배기가스 처리용 가스 스크러버 및 그 배기처리방법에 관한 것으로, 특히 배기가스처리용 이온 교환 필터를 사용하는 가스 스크러버로서 가스 중 SOx, NOx, 황산, HF, 염산, 황화 수소 등과 같은 산성가스와 암모니아, 중금속, 아민 등과 알카리성 가스등을 흡착하며 동시에 이온교환 필터를 재생하기 때문에 2 ∼ 3년간 필터를 바꾸지 않고 사용할 수 있도록 한 장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.

기존의 첨착 활성탄을 사용한 흡착 스크러버는 일정한 시간이 지나면 활성탄 자체가 갖는 흡착용량의 한계 때문에 많은 양의 유해가스를 처리하면 쉽게 포화가 되고, 흡착제의 흡착능력이 다하여 더 이상 흡착되지 않거나 흡착된 물질마저도 물리적으로 흡착되어 있기 때문에 다시 떨어져 나올 수 있다는 단점이 있다.

따라서, 성능이 다한 흡착제는 갈아 줘야 하기 때문에 가스 스크러버의 작동을 중단하고 흡착제 교환이 필요하고 비용도 많이 들게 된다는 단점이 있다.

또 입상이기 때문에 압력강하와 같은 문제로 인해 대량의 유해가스처리에 한계가 있다는 구조적인 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 유독가스 등의 유해한 배기가스를 정화하는 배기가스처리장치 및 방법에 있어서, 압력강하의 단점이 있고, 용량이 한정되며, 수명이 1회인 입상의 활성탄과 같은 무기물 흡착제를 사용한 가스 스크러버와 종래의 충전제를 사용한 기체 흡수탑과 달리 이온교환필터를 사용하여 압력강하가 적으면서도 재생액을 사용하여 필터를 재생함으로써 용량 및 수명의 문제를 해결할 수 있는 배기가스처리용 이온 교환 스크러버 장치 및 처리방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 이온교환 스크러버 장치의 분해사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 지지대 (2) : 재생용액 저수조

(3) : 필터케이스 (4) : 필터

(5) : 필터 뚜껑 (6) : 필터와 재생용액부의 연결부

(7) : 재생용액통 뚜껑 (8) : 컨트롤러

(9) : 펌프 (10) : 재생용액 필터

(11) : 솔레노이드 밸브 (12) : 수준기

(13) : 재생용액 배출 밸브 (14) : 농축재생용액 공급 밸브

(15) : 재생용액 샘플링 밸브 (16) : 재생용액 필터부 공급 밸브

(17) : 재생용액 수준 조절 튜브 (18) : 로터미터

(19) : 분산기 (20) : 재생액 폐쇄기

(21) : 용액 레벨기 (22) : 재생용액 제거 튜브

(23) : 필터 (24a, 24b) : 용액제거용 튜브

본 발명은 폴리올레핀에 방사선이나 전자선으로 조사하여 관능기를 도입한 양이온교환필터와 음이온교환 필터를 사용하고 자체 재생 시스템이 구축하여 유해가스 제거와 필터의 재생이 동시에 가능하도록 한 가스 스크러버 및 처리방법으로 이루어진다.

기존의 흡착제를 사용한 가스 스크러버의 단점을 해결하기 위해 기존 활성탄과 같은 무기물 흡착제 대신 반도체 클린룸에서 사용하는 이온교환 필터를 사용하였다.

또 대량의 공기를 처리할 수 있도록 하기 위해 이온교환 필터를 통과하지 않고 여러 개의 필터를 수직으로 세워 사이사이를 공기들이 통과하면서 공기중의 가스들이 필터와 부딪치면서 지나가는 동안 필터의 관능기에 달라붙어 이온교환이 되도록 하였다.

따라서 입상으로 구성되고 패킹되어 있는 기존 흡착제를 사용한 가스 스크러버에 비해 압력강하가 현저히 낮다(100파스칼이하).

그리고, 본 발명은 가스 스크러버 장치 내에 재생용액을 갖고 있으며 이 용액이 일정한 간격을 두고 순환하도록 되어 있어서, 재생용액이 순환하는 동안 흡착된 물질들을 다시 교환하여 내기 때문에 이온교환 필터가 새롭게 재생된다. 따라서 본 발명은 재생용액의 순환으로 흡착된 물질이 떨어져 나와 재생되어 이온교환 필터를 교체할 필요가 없다.

상기에서 본 발명의 이온교환필터는 부직포형이며 이 필터를 통과해 지나가지 않고 스쳐가기만 하기 때문에 압력강하가 매우 적다.

또한 흡착된 물질을 재생용액이 순환하며 재생시키기 때문에 늘 새로운 필터를 설치한 것 같이 필터의 성능이 저하되지 않는 특징이 있다.

이하, 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 이온교환 스크러버 장치의 분해사시도로서, 본 발명의 구성은 폴리올레핀에 방사선이나 전자선으로 조사하여 관능기를 도입한 다수개의 이온교환 부직포 필터(4)를 수직으로 세워 장착하고, 이 필터(4) 복합체의 상부에 설치되어 펌프(9)에 의해 펌핑된 재생용액이 퍼져 흐르도록 하는 분산기(19)와, 양단에는 공기출구가 형성되어 있으며, 상부는 필터 뚜껑(5)으로 막힌 필터케이스(3)와,

이 필터케이스(3)의 하부에 설치되고, 필터(4)를 재생하도록 펌프(9)에 의해서 순환되는 재생용액을 저장하며, 상부가 재생용액통 뚜껑(7)에 의해 막힌 재생용액 저수조(2)와,

재생용액의 순환 간격과 순환 시간을 자동 또는 수동으로 컨트롤하는 컨트롤러(8)와,

재생용액이 증발에 의해 줄어들 경우 이를 체크하여 자동으로 공급하도록 하는 수준기(12)로 구성된다.

상기 필터(4)와 재생용액 저수조(2)사이에는 연결부(6)가 설치되어 밀봉된다.

상기 재생용액 저수조(2)는 하부에서 지지대(1)가 지지하고 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 기존 무기물 흡착제와는 달리 반도체 클린룸에 사용하는 이온교환 필터로서 폴리올레핀계 부직포에 전자선이나 방사선처리를 하여 관능기를 그라프팅시킨 이온교환 부직포 필터(4)를 사용하였다.

상기 필터로는 양이온 교환필터와 음이온 교환 필터가 사용되는데, 처리하고자 하는 가스에 따라 선택할 수 있다.

필터(4)의 하부에 설치되는 재생용액 저수조(2)에는 재생용액이 들어 있는데, 재생용액은 양이온 교환 필터용은 3 ∼ 4%의 황산이고 음이온 교환 필터의 경우 Na₂CO₃이다.

이 용액이 펌프(9)에 의해 펌핑되어 분산기(19)를 통해 필터부로 퍼져 흐르게 된다.

이 재생용액은 부직포형인 필터(4)를 타고 자연 낙하속도로 내려오면서 이온교환필터에 붙어 있는 물질들과 이온 교환하면서 필터를 재생시킨다.

이 필터를 통과한 재생 용액은 다시 모아져서 재생용액 저수조로 되돌아온다.

컨트롤러(8)는 재생용액의 순환 간격과 순환 시간을 자동으로 또는 수동으로 컨트롤할 수 있다.

수준기(12)는 재생용액이 증발에 의해 줄어들 경우 이를 체크하여 물을 자동으로 공급하도록 되어 있다.

재생용액을 갈아줄 때에는 재생용액 배출 밸브(13)를 통해 재생용액을 배출해 준다.

곧이어 농축재생용액 공급 밸브(14)가 열리면서 농축재생용액이 들어오고 물이 들어와 3 ∼ 5%의 재생 용액이 되도록 한다.

본 발명에서 사용하는 이온교환필터를 재생하기 위하여 일정 시간을 간격으로 재생 용액이 이온교환필터 부분을 순환하면서 필터의 성능을 복원하게 되는데, 재생하는 중이나 재생한 후 일정 기간동안에 이온교환필터에 묻어 있는 재생 용액이 기체 흐름과 동반하여 미스트 형태로 비산되는데 이를 이온교환필터의 후단에 이온교환필터와 유사한 형태이면서 크기가 작은 필터(도시 없음)를 부착하고 여기에 물을 순환시킬 수 있도록 하여 재생 중이나 재생 후 일정 기간에 걸쳐 유출되는재생 용액의 미스트를 제거할 수 있도록 하였다.

미설명 부호 (10)은 재생용액 필터, (11)은 솔레노이드 밸브, (15)는 재생용액 샘플링 밸브, (16)은 재생용액 필터부 공급 밸브, (17)은 재생용액 수준 조절 튜브, (18)은 로터미터, (20)은 재생액 폐쇄기, (21)은 용액 레벨기, (22)는 재생용액 제거 튜브, (23)은 필터, (24a, 24b)는 용액제거용 튜브이다.

상기와 같은 본 발명의 작용은 다음과 같다.

유해가스를 포함한 공기는 A를 지나 필터를 통과하여 B를 통하여 정화된 공기가 밖으로 나가게 된다.

이때 오염된 가스의 압력강하를 줄이기 위해 필터를 수직으로 세워 설치했으며 사이사이로 공기가 통과하게 되어 있고 필터를 통과하지 않고 필터 사이사이를 통과하도록 설계가 되어 있고 오염된 가스가 지나가는 동안 필터에 부딪치며 이온교환 필터에 흡착하게 되는데, 그 효율은 95%이상이다.

본 발명의 흡착과 재생의 반응식(R= 이온교환 필터의 폴리머 매트릭스)은 다음과 같다.

1) 음이온 교환 필터를 사용할 때의 재생과 흡착.

2ROH + 2HX → 2RX + H₂O (흡착)

2RX + Na₂CO₃+H₂O → 2ROH + 2NaX + CO₂(재생)

2) 양이온 교환 필터를 사용할 때의 재생과 흡착

RH + NH₃→ RNH₄(흡착)

2RNH₄+ H₂SO₄→2RH + (NH₄)₂SO₄(재생)

상기와 같은 본 발명은 가스 중 SOx, NOx, 황산, HF, 염산, 황화 수소 등과 같은 산성가스와 암모니아, 중금속, 아민 등과 알카리성 가스등을 흡착하며 동시에 이온교환 필터를 재생하기 때문에 2 ∼ 3년간 필터를 바꾸지 않고 사용할 수 있다는 장점이 있다.

즉, 유독가스 등의 유해한 배개가스를 정화시켜 배출시켜 대개오염을 효과적으로 줄일 뿐 아니라, 기존 활성탄 등과 같은 흡착제를 사용할 때 필터의 흡착능력의 한계 때문에 필터 소재를 갈아 줘야하는 문제가 있었는데, 본 발명의 이온교환필터는 반도체 클린룸에 사용하는 이온교환 부직포형 필터로서 화학적 물질교환을 통해 흡착하므로 한번 교환된 가스가 물리적으로 떨어지지 않을 뿐 아니라, 기존 흡착제의 필터용량문제를 개선하기 위해 자체 재생용액을 순환시켜 흡착과 재생을 동시에 하는 장치로서, 흡착제를 2 ∼ 3년 쓸 수 있기 때문에 유지비가 다른 스크러버에 비해 싼 장점이 있다. 또한 장치도 크지 않기 때문에 설치공간도 효율적으로 이용할 수 있다는 등의 장점이 있다.

Claims (4)

1. 산업용, 민수용 및 농업용 유해가스를 제거하는 스크러버장치에 있어서,

   폴리올레핀에 방사선이나 전자선으로 조사하여 관능기를 도입한 다수개의 이온교환 부직포 필터(4)를 수직으로 세워 장착하고, 이 필터(4) 복합체의 상부에 설치되어 펌프(9)에 의해 펌핑된 재생용액이 퍼져 흐르도록 하는 분산기(19)와, 양단에는 공기출구가 형성되어 있으며, 상부는 필터 뚜껑(5)으로 막힌 필터케이스(3)와,

   이 필터케이스(3)의 하부에 설치되고, 필터(4)를 재생하도록 펌프(9)에 의해서 순환되는 재생용액을 저장하며, 상부가 재생용액통 뚜껑(7)에 의해 막힌 재생용액 저수조(2)와,

   재생용액의 순환 간격과 순환 시간을 자동 또는 수동으로 컨트롤하는 컨트롤러(8)와,

   재생용액이 증발에 의해 줄어들 경우 이를 체크하여 자동으로 공급하도록 하는 수준기(12)로 구성된 것을 특징으로 하는 유해가스 제거와 필터의 재생이 동시에 가능토록 한 배기가스 처리용 가스 스크러버.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이온교환필터의 재생용액은 처리하고자 하는 가스에 따라 산(황산수용액)이나 알칼리(Na₂CO₃수용액)중에서 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 유해가스 제거와 필터의 재생이 동시에 가능토록 한 배기가스 처리용 가스 스크러버.
3. 제 1항에 있어서, 상기 이온필터 재생시에 발생하는 미스트를 포집하기 위하여 이온교환필터의 후단에 연이어 미스트제거용 필터를 부착한 것을 특징으로 하는 유해가스 제거와 필터의 재생이 동시에 가능토록 한 배기가스 처리용 가스 스크러버.
4. 이온교환필터를 사용하여 산업용, 민수용 및 농업용 유해가스를 제거하는 스크러빙 방법에 있어서,

   폴리올레핀에 방사선이나 전자선으로 조사하여 관능기를 도입한 다수개의 이온교환 부직포 필터를 수직으로 세우고, 그 수직면과 평행하게 공기를 통과시켜 오염된 공기가 필터를 통과하지 않고 필터의 측면에서 부딪쳐 흡착토록 하여 정화하고, 오염물질이 흡착된 이온교환필터는 상부에서 일정주기로 재생용액을 공급하여 흡착된 오염물질들과 이온 교환시켜 재생시키는 방법을 특징으로 하는 유해가스 제거와 필터의 재생이 동시에 가능토록 한 배기가스 처리방법.