KR100666429B1 - 배가스의 습식처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은배가스에 함유된 유해성분의 제거효율이 우수할 뿐만 아니라 폐수발생량도 저하되는 새로운 구조의 배가스의 습식처리장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 액체가 채워지며 하단부와 상단부에는 각각 가스유입구(101)와 가스배출구(102)가 형성되어 처리대상 배가스가 상기 액체를 통과하여 배기되도록 된 가스처리조(100)와, 모터(11)에 의해 구동되는 회전축(19)에 연결되어 상기 가스처리조(100) 내부에 장착되는 교반날개(10)와, 상기 가스처리조(100) 내부에 수평으로 설치되는 다공판(20)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배가스 처리장치가 제공된다.

배가스, 가스처리조, 다공판, 교반날개, 용해

Description

배가스의 습식처리장치{A treatment apparatus for exhaust gas}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스처리조를 보인 단면도

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플랜트를 보인 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 교반기 20. 다공판

100. 가스처리조 200. 약품투입조

300.여과기 400. 재생액저장조

본 발명은 배가스의 습식처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배가스에 함유된 유해성분의 제거효율이 우수할 뿐만 아니라 폐수발생량도 저하되는 새로운 구조의 배가스의 습식처리장치에 관한 것이다.

이화학공정을 동반하는 제품의 생산과정에서 발생되는 배가스에는 염화수소, 불화수소, 불화붕소산, 황화수소, 황산화물, 질소산화물, 일산화탄소 등의 산성가스와, 휘발성 유기화합물, 다이옥신 등의 유해성분이 함유되어 있다. 따라서 배가스는 함유된 유해성분들을 제거되어 배기되어야 한다.

이러한 배가스를 처리하는 방법에는 건식법, 반건식법, 습식법 등이 있는데, 가스의 특성에 따라 적절한 방법이 사용된다. 배가스의 처리방법 중에서 습식처리방법은 배가스가 하부에서 상부로 유입되는 스크러버나 벤츄리의 상부에서 물을 분무하여 배가스에 함유된 산성 및 유해성분이 물에 접촉되어 제거되도록 하는 방법이다. 이 방법은 산성가스 및 유해가스의 제거율이 90% 이상으로 높기는 하나, 설치비와 운전유지비가 많이 소요되며, 다량의 액상폐기물이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명과 관련된 습식처리방식을 살펴보면 다음과 같다. 한국 특허공고 제1979-1869호는 흡수탑 내에서 배가스와 아민수용액을 향류(向流)로 접촉시켜 제거 하는 방법을 기술하고 있다. 그리고 한국 특허공개 제1995-7929호는 산성가스, 매연 등의 유해물질을 포함하는 배가스를 수산화마그네슘이 함유된 흡수액과 접촉시켜 유해물질을 흡수 제거하는 배가스의 처리방법에서, 수개의 다공판을 복수단으로 설치한 흡수영역에서 배가스와 흡수액을 향류로 접촉시킴과 동시에 하단에서 흘러내리는 흡수액의 pH가 일정하게 되도록 수산화마그네슘의 공급량을 조정하는 것을 특징으로 하는 배가스의 처리방법을 기술하고 있다.

한국 특허공개 제1996-2104호는 배가스의 수냉각 세정장치로서, 배가스가 수냉 세정관의 접선방향으로 유입되게 구성되어, 선회속도 성분에 의한 난류가 발생되어 액적의 분무효율이 크게 향상되며, 배플과 호퍼를 향하여 위치한 배가스 방출관에 의해 장치 내의 공간 활용율이 극대화되어 수냉각 및 세정작용이 하나의 장치 안에서 수행될 수 있는 소형의 경제적 장치를 기술하고 있다.

한국 특허공개 제2001-60338호는 불소화합물을 함유하는 배가스의 처리장치로서, 고형물을 분리하는 고형물 처리장치와 배가스의 분해를 위한 보조 가스로 수소 등을 첨가하는 첨가수단과 열분해장치와 열분해한 배가스로부터 산성가스를 제거하는 처리장치와 장치내의 압력을 조절할 수 있는 공기이젝터를 포함하는 장치를 기술하고 있다.

한국 특허공개 제2005-68672호는 산성가스 성분을 함유한 각종 배가스를 기액접촉방식으로 처리하기 위한 스크러버, 압축공기공급도관, 물공급도관, 배가스 공급도관, 냉각장치 등으로 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 스크러버 시스템으로서, 상층부에 분무된 용수는 별도로 유출관을 통해서 저장조로 배출시켜 하층 부의 패킹이나 미스트 엘리미네이터가 용수에 잠기지 않게 하는 특징으로 하는 장치를 기술하고 있다.

이상으로 본 발명과 관련된 기존의 습식처리 방식을 분석하여 보면, 대체적으로 물을 상부에서 하부로 분사하면서 배가스를 하부에서 상부로 유입시켜 배가스가 물과 향류방식으로 접촉되어 처리되는 시스템이며, 이 시스템들이 가지는 여러 가지 특징과 장단점을 기술하고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 이화학공정에서 발생되는 배가스가 용기에 저장된 액체를 통과하면서 유해성분들이 제거되도록 되어 종래 배가스와 용액이 향류방식으로 접촉되어 유해성분이 제거되도록 된 장치에 비해 유해성분의 제거효율이 우수할 뿐만 아니라 폐수의 발생량도 현저하게 감소되며, 유해성분의 제거효율 대비 부피도 콤팩트한 새로운 구조의 배가스 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 액체가 채워지며 하단부와 상단부에는 각각 가스유입구(101)와 가스배출구(102)가 형성되어 처리대상 배가스가 상기 액체를 통과하여 배기되도록 된 가스처리조(100)와, 모터(11)에 의해 구동되는 회전축(19)에 연결되어 상기 가스처리조(100) 내부에 장착되는 교반날개(10)와, 상기 가스처리조(100) 내부에 수평으로 설치되는 다공판(20)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배가스 처리장치가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 교반날개(10)와 다공판(20)은 다수개가 상하로 교호되게 설치되며, 상기 각 다공판(20)은 통공(22)의 크기가 다르게 형성되어 상측으로 갈수록 점차 통공(22)의 크기가 작은 다공판(20)이 설치된 것을 특징으로 하는 배가스 처리장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 가스처리조(100)의 가스배출공(102)에는 가스처리조(100)의 내부 압력을 감압시키는 감압수단(40)이 연결된 것을 특징으로 하는 배가스 처리장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 가스처리조(100)에는 냉각수단(50)이 구비된 것을 특징으로 하는 배가스 처리장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 가스처리조(100)의 내측에는 불소수지층(101)이 코팅된 것을 특징으로 하는 배가스 처리장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 가스처리조(100)에는 가스처리조(100)에서 사용된 액체가 저장되며 배가스로부터 상기 액체에 용해된 유해성분을 침전시키기 위한 약품이 투입되는 약품투입조(200)가 연결되고, 상기 약품투입조(200)에는 상기 약품에 의해 생성된 침전물을 제거하는 여과기(300)가 연결되고, 상기 여과기(300)에는 침전물이 제거된 액체가 저장되며 상기 가스처리조(100)로 물을 재공급하는 리사이클관(402)이 구비된 재생액저장조(400)가 연결된 것을 특징으로 하는 배가스 처리장치가 제공된다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에서 사용된 가스처리조의 구성을 보인 단면도이다. 본 발명은 도시된 바와 같이, 물이 수용되며 유입되는 유입되는 가스가 상기 물을 통과하여 배출되도록 된 가스처리조(100)와, 이 가스처리조(100)에 내장되는 교반날개(10) 및 다공판(20)을 포함하며, 상기 가스처리조(100)에는 가스처리조(100)에서 사용된 물이 저장되는 저장조(110)가 연결되고, 이 저장조(110)에는 약품투입조(200) 및 여과기(300), 재생액저장조(400)가 순차적으로 연결되어 이루어진다.

상기 가스처리조(100)는 둘레부에 냉각수단(50)으로 워터자켓이 구비된 원통체로 되어 하단부에는 가스유입구(101)와 배수구(103)가 형성되고 상단부에는 가스배출구(102)와 급수구(104)가 형성된다. 따라서 상기 급수구(104)와 배수구(103)를 통해 가스처리조(100) 내부로 물이 급수 또는 배수되며, 가스유입구(101)와 가스배출구(102)를 통해 가스가 입출된다.

가스처리조(100)로 유입되는 가스는 산성가스이므로 가스처리조(100)는 산성 가스에 내식성을 갖는 스테인레스 강으로 제작되는데, 특히 바람직하게는 고온에서도 산성가스에 우수한 내식성을 갖는 하스텔로이(Hastelloy) C-276로 제작된다. 가스처리조(100) 전체를 전술한 바와 같은 특수 금속으로 제작하면 비용이 상승되므로, 도시된 바와 같이, 가스처리조(100)의 내측면만 내산성이 우수한 불소수지층(109)을 코팅할 수도 있다.

이러한 가스처리조(100)의 내부에는 유입되는 배가스를 미세기포로 세분하고 물과 교반시키기 위한 교반날개(10)와, 배가스가 가스처리조(100) 내에서 체류하는 시간을 연장시키기 위한 다공판(20)이 설치된다. 도시된 바와 같이, 가스처리조(100)의 상부에는 모터(11)에 의해 회전되는 회전축(19)이 가스처리조(100) 내부로 하향되게 설치되며, 이 회전축(19)에 교반날개(10)가 장착된다. 그리고 상기 다공판(20)은 교반날개(10) 사이 사이에 교호로 위치되도록 회전축(19)에 장착되는데, 다공판(20)은 회전축(19)에 의해 회전되지 않도록 베어링에 의해 회전축(19)에 결합된다. 바람직하게는 각각의 다공판(20)에는 서로 다른 크기의 통공(22)이 형성되는데, 상측으로 갈수록 점차 통공(22)의 크기가 작은 다공판(20)이 배치된다.

그리고 상기 가스배출구(102)에는 감압수단(40)이 연결된다. 이 감압수단(40)은 가스처리조(100) 내부의 압력을 감압시켜 물을 통과한 가스가 가스배출구(102)를 통해 원활하게 배출되도록 하기 위한 것이다. 감암수단(40)으로는 다이아프램 펌프, 스크류 드라이 펌프, 블로워 등이 사용된다.

한편, 가스처리조(100)의 가스유입구(102) 또는 그 전단에는 처리될 가스에 함유된 유해성분을 정성, 정량적으로 분석하기 위한 센서가 장착되고, 가스처리 조(100)에는 물의 pH를 측정하는 pH메타와, 수온을 측정하는 온도계가 장착된다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 가스처리조(100)에 소정 높이로 물을 채운 다음, 가스유입구(102)를 개방시켜 가스처리조(100) 내부로 배가스를 공급한다. 배가스가 가스처리조(100)로 유입되면 배가스에 의한 기포가 발생되는데, 이 기포는 상기 교반기(100)에 의해 물에 교반됨과 동시에 미세 기포로 세분된다. 또한, 배가스에 의한 기포는 상기 다공판(20)에 부딪히면서 상승되는 것이 방해되므로 다공판(20)에 의해 배가스가 물에 체류하는 시간이 연장된다. 뿐만 아니라 배가스에 의한 기포는 다공판(20)의 통공(22)에 의해 상대적으로 더 미세한 기포로 세분화된다. 전술한 바와 같이 가스처리조(100)의 상측으로 갈수록 통공(22)이 작은 다공판(20)이 설치되므로 배가스에 의한 기포가 다공판(20)에 의해 물에 체류하는 시간이 연장되는 효과와 세분화되는 효과가 한층 더 상승된다.

이와 같이 가스처리조(100)로 유입되는 배가스에 의한 기포는 교반날개(10)와 다공판(20)에 의해 미세한 기포로 세분화되고 물에 체류하는 시간이 연장되어 가스와 물의 접촉효율이 상승되며, 이에 따라 배가스에 함유된 수용성 유해성분이 물에 효과적으로 용해되어 제거된다.

반면, 물에 용해되지 않은 가스성분은 물을 통과하여 물 외부로 배출되고, 가스배출구(102)를 통해 외부로 배기된다. 이때 가스배출구(102)에 연결된 감압수단(40)에 의해 가스처리조(100) 내부의 기압을 감압시키면 물에 용해되지 않은 가스성분이 좀 더 원활하게 가스배출구(102)를 통해 배기된다.

한편, 이러한 가스처리조(100)의 운전과정에서 가스처리조(100)에 설치된 pH메타와 온도계를 통해 가스처리조(100) 내의 물의 pH와 수온을 체크한다. 가스처리조(100)에 저장된 물의 산성도가 높을수록 물에 많은 양의 유해성분이 용해되어 유해성분을 용해시키는 물의 용해성능이 저하되었음을 의미하는 것이므로 가스유입구(101)를 폐쇄시켜 배가스의 유입을 중단한 상태에서 가스처리조(100) 내부의 물을 외부로 배수시키고 새로 물을 채운 후에, 가스처리조(100)를 재 운전한다.

또한, 고온의 가스가 유입되는 경우에는 가스처리조(100)의 수온이 상승되어 유해성분의 용해도가 저하된다. 따라서 가스처리조(100)에 설치된 온도계를 통해 가스처리조(100)의 수온을 체크하여 가스처리조(100)의 수온이 소정 수준 이상으로 상승되는 경우에는 냉각수단(50)을 구동시켜 가스처리조(100)의 수온을 저하시킨다. 냉각수단(50)으로 워터자켓이 구비된 것으로 도시되고, 설명되어 있으나, 냉각수단(50)은 공랭식으로도 구성이 가능하다.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명은 배가스가 가스처리조(100)에 저장된 물을 통과하면서 가스에 함유된 수용성 유해성분이 제거되는 것이므로 종래 배가스와 물이 향류방식으로 접촉되는 방식에 비해 배가스와 물의 접촉효율이 상승되므로 유해성분의 제거효율이 우수하다. 또한, 이와 같이 유해성분의 제거효율이 우수하므로 유해성분의 제거효율 대비 부피가 콤팩트하다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 가스처리조(100)의 후단에는 가스처리조(100)에서 사용된 물을 처리하여 재 사용하기 위한 일련의 장치들이 연결될 수도 있다. 가스처리조(100)의 배수구(103)에는 가스처리조(100)에서 사용된 물이 저 장되는 저장조(110)가 연결되고, 이 저장조(110)에는 물에 함유된 유해성분을 침전시키기 위한 약품이 투입되는 약품투입조(200)가 연결된다. 바람직하게는 가스처리조(100)의 가스유입구(102) 또는 가스처리조(100)의 전단에 설치된 센서에 의해 가스에 함유된 유해성분을 정량, 정성적으로 분석한 데이터를 기준으로 하여 약품투입조(200)에 투입될 약품과 양이 조절된다. 약품투입조(200)에 투입되는 약품은 물에 용해된 유해성분과 결합하여 불용성 화합물을 생성한다. 예를 들면, 물에 불소이온이 함유된 경우에는 불소가 칼슘과 착염을 생성하도록 칼슘이온이 투입된다.

이와 같이 약품투입조(200)에 저장된 물은 후단에 연결된 여과기(300)로 공급되어 약품투입조(200)에서 생성된 침전물이 제거된 다음 재생액저장조(400)에 저장된다. 이 재생액저장조(400)에는 상기 가스처리조(100)의 급수구(104)로 연결되는 리사이클관(402)이 연결되어 재생액저장조(400)에 저장된 물이 재사용되도록 구성된다.

이상에서는 가스 처리시에 물이 사용된 것으로 설명하였으나, 배가스의 종류에 따라 약품이 용해된 수용액이 사용될 수도 있다.

실시예 1

니켈인산화물을 제조하기 위해서는 산화니켈, 인산과 불화붕소산(HBF)을 같은 몰농도로 혼합하여 겔 상태로 만든 것을 전기로에서 고온으로 열처리하는 과정이 필요한데, 이 과정에서 불화붕소(BF₄)가 발생되어 배가스로 방출된다.

상기와 같이 발생되는 배가스의 처리를 위해 내산성, 내식성을 가지는 하스텔로이(Hastelloy C-276)로 가스처리조(직경 500mm, 높이 1200mm, 유효 내부용적 약 200L), 다공판(4단, 하부 : 5mm 크기 및 5mm 간격으로 천공, 상부 : 3mm 크기 및 3mm 간격으로 천공), 교반날개(직경 300mm, 두께 10mm, 가스 도입구 상부에 설치) 등을 제조하여 본 발명에 의한 가스처리조를 제작하였다. 그리고 상기 가스처리조의 공기배출구에는 감압펌프(다이아프램 펌프, 최대흡입 높이가 6.3m 정도, 최대 토출량도 560L/min 정도)를 연결하였다.

상기와 같이 제작된 가스처리조에 pH12인 수산화칼슘수용액을 공급하여 니켈인산화물 제조시에 발생되는 배가스를 처리하였다. 이러한 처리 후에 배출되는 가스의 성분을 분한 결과, 불화붕소는 검출되지 않았다.

이상에서와 같이 본 발명은 배가스가 물과 향류방식으로 접촉되어 처리되는 종래 방식과 달리 배가스가 가스저장조(100)에 저장된 물을 통과하도록 구성되므로 배가스가 물에 효과적으로 접촉되어 유해성분이 효과적으로 용해되어 제거된다. 특히, 가스저장조(100)에 설치된 교반날개(10)와 다공판(20)에 의해 배가스가 물과 교반되고 물에 체류하는 시간이 연장되므로 배가스와 물의 접촉효율이 향상되어 유해성분의 제거효율도 향상되므로 종래 향류식 설비에 비해 콤팩트한 구성으로도 높은 수준의 처리효율을 기대할 수 있다. 경우에 따라 다공판(20)을 다수개 상하로 설치하고, 상측으로 갈수록 다공(22)의 크기가 작은 다공판(20)이 설치되는 경우에 는 배가스가 물에 채류되는 시간이 한층 더 연장되고, 배가스에 의해 기포가 상대적으로 더 미세하게 세분화되어 물과 배가스의 접촉효율이 한층 더 상승된다.

또한, 가스저장조(100)에 저장된 물을 배가스가 통과하므로 배가스 처리 후에 발생되는 폐수의 양이 종래 향류방식에 비해 현저히 감소되며, 가스저장조 후단에 약품투입조(200), 여과기(300) 및 재생액저장조(400)와 같은 일련의 폐수 정화설비가 구비된 경우에는 폐수를 정화하여 재 사용이 가능하므로 환경친화적이다.

Claims (5)

1. 액체가 채워지며 하단부와 상단부에는 각각 가스유입구(101)와 가스배출구(102)가 형성되어 처리대상인 배가스가 상기 액체를 통과하여 배기되도록 된 가스처리조(100)와, 모터(11)에 의해 구동되는 회전축(19)에 연결되어 상기 가스처리조(100) 내부에 장착되는 교반날개(10)와, 상기 가스처리조(100) 내부에 수평으로 설치되는 다공판(20)을 포함하여 이루어지며, 상기 교반날개(10)와 다공판(20)은 다수개가 상하로 교호되게 설치되며, 상기 각 다공판(20)은 통공(22)의 크기가 다르게 형성되어 상측으로 갈수록 점차 통공(22)의 크기가 작은 다공판(20)이 설치된 것을 특징으로 하는 배가스 습식처리장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 가스처리조(100)의 가스배출공(102)에는 가스처리조(100)의 내부 압력을 감압시키는 감압수단(40)이 연결된 것을 특징으로 하는 배가스 습식처리장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 가스처리조(100)에는 냉각수단(50)이 구비된 것을 특징으로 하는 배가스 습식처리장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 가스처리조(100)의 후단에는 가스처리조(100)에서 사용된 액체가 저장되며 배가스로부터 상기 액체에 용해된 유해성분을 침전시키기 위한 약품이 투입되는 약품투입조(200)가 연결되고, 상기 약품투입조(200)의 후단에는 상기 약품에 의해 생성된 침전물을 제거하는 여과기(300)가 연결되고, 상기 여과기(300)의 후단에는 침전물이 제거된 액체가 저장되며 상기 가스처리조(100)로 물을 재공급하는 리사이클관(402)이 구비된 재생액저장조(400)가 연결된 것을 특징으로 하는 배가스 습식처리장치.

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