KR100890776B1 - 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치 및 습식정화방법 - Google Patents

엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치 및 습식정화방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치 및 습식정화방법에 관한 것으로, 특히 엘시디용 용해로에서 배출되는 가스 중에 포함된 붕소를 완벽하게 제거할 수 있는 정화장치 및 정화방법에 관한 것이다.
본 발명의 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치는, 엘시디용 용해로로부터 배출되는 고온의 가스에 물을 분사하여 소정의 온도로 냉각시키는 급속 냉각기; 상기 급속 냉각기에서 분사된 물에 용해되지 않은 가스에 물을 분사하여 붕소 및 먼지를 1차로 세정하는 습식 세정기; 및 상기 가스를 증기를 이용하여 적정한 활성화 온도까지 승온시키고, 상기 가스에 암모니아를 포함한 환원약품을 투입하여 혼합시키며, 상기 환원약품이 혼합된 가스를 저온 활성탄 촉매가 담긴 활성탄 촉매 반응기 내부로 통과시켜 2차로 가스상 붕소 성분을 활성탄 촉매에 흡착시키고, 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환시키는 탈질 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020080043780
엘시디, 용해로, 배출가스, 급속 냉각기, 습식 세정기, 탈질 수단

Description

엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치 및 습식정화방법{Device and method for hydrometallurgy purification of discharge gas of smelting furnace for manufacturing liquid crystal display}
본 발명은 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치 및 습식정화방법에 관한 것으로서, 특히 엘시디용 용해로에서 배출되는 가스 중에 포함된 붕소를 완벽하게 제거할 수 있는 정화장치 및 정화방법에 관한 것이다.
최근 그 수요가 급속도로 증가하고 있는 엘시디(Liquid Crystal Display, LCD)를 제조하기 위한 기판유리 용해설비에서는 원료 물질의 연소 및 용해공정 중에 다량의 입자상 물질, 염화수소, 질소산화물, 일산화탄소, 붕소성분이 배출된다.
그 중 질소산화물에는 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2) 및 아산화질소(N2O)가 있는데, 일산화질소는 대기 중에서 산화되어 이산화질소가 된다. 이산화질소는 인체에 유해하며, 특히 고농도 아래에서는 폐기종, 기관지염 등 각종 호흡기 질환의 원인이 된다.
도 1은 종래의 엘시디용 기판유리 제조공장에서 배출된 가스 중의 붕소산화물 및 질산화물을 저감하기 위한 대기정화시설의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엘시디용 기판유리 제조공장으로부터 배출된 가스를 처리하는 종래의 대기정화시설은, 엘시디용 기판유리 용해로(10a ,10b)에서 배출된 가스를 건식으로 냉각하는 건식냉각기(20), 건식냉각기(20)에서 냉각 후 입자상 붕소 성분 및 분진을 여과하여 제거하는 여과집진기(30), 여과집진기(30)에서 제거되지 않은 질소산화물을 제거하여 정화된 공기를 연돌(50)을 통하여 대기로 배출하는 탈질 수단(40)으로 구성된다.
상기 여과집진기(30)는 용해로(10a, 10b)로부터 입자상 붕소와 분진 입자를 분리하기 위하여 가장 광범위하게 쓰이는 장치로서, 내부에는 여러 개의 여과제(filter, 31, 32, 33, 34)가 나란히 설치되어 있으며, 각종 분진이 함유된 가스가 여과제(31, 32, 33, 34)를 통과할 때 분진은 여과제(31, 32, 33, 34)에 걸려 쌓이고 분진을 제외한 가스만이 송풍기(35)를 통하여 탈질 수단(40)으로 보내어진다.
상기 탈질수단(40)에서는 선택적 촉매 환원법을 실시하기 위하여 배출된 가스를 승온장치(41)에 의하여 250~350℃로 승온시키고, 암모니아(NH3) 저장소(43)에 저장된 암모니아를 분사한 후 혼합기를 촉매장치(44) 내부로 통과시켜 질소산화물을 제거한다. 승온장치(41)는 보일러(42)에 의해 발생된 증기로 승온된다.
상기 대기정화시설에서는 붕소와 같은 물질을 완벽히 제거하지 못하고 대기로 배출한다. 그러나, 아직까지는 붕소와 같은 물질을 제거할 수 있는 정화시설 개선방안이 마련되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 엘시디용 용해로에서 배출되는 가스 중에 포함된 붕소를 완벽하게 제거함과 동시에 설비투자비용을 현저하게 줄일 수 있는 배출가스 정화장치 및 정화방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은, 엘시디용 용해로로부터 배출되는 고온의 가스에 물을 분사하여 소정의 온도로 냉각시키는 급속 냉각기; 상기 급속 냉각기에서 분사된 물에 용해되지 않은 가스에 물을 분사하여 붕소 및 먼지를 1차로 세정하는 습식 세정기; 및 상기 가스를 증기를 이용하여 적정한 활성화 온도까지 승온시키고, 상기 가스에 암모니아를 포함한 환원약품을 투입하여 혼합시키며, 상기 환원약품이 혼합된 가스를 저온 활성탄 촉매가 담긴 활성탄 촉매 반응기 내부로 통과시켜 2차로 가스상 붕소 성분을 활성탄 촉매에 흡착시키고, 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환시키는 탈질 수단을 포함한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 급속 냉각기의 아래에 위치하여 상기 엘시디용 용해로로부터 배출되는 붕소가 포함된 고온의 가스와, 상기 급속 냉각기에 의해 분사된 물을 혼합시키는 벤츄리 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는, 상기 소정의 온도는 65~75℃ 중에서 어느 하나의 온도인 것을 특징으로 하는 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 습식 세정기는, 상기 급속 냉각기에서 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스에 물을 분사하여 세정하는 제1 세정기; 및 상기 제1 세정기 위쪽에 위치하여 상기 제1 세정기에서 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스에 물을 분사하여 세정하는 제2 세정기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 엘시디용 용해로로부터 배출되는 붕소가 포함된 고온의 가스에 물을 분사하여 소정의 온도로 냉각시켜 붕소를 물에 용해시키는 제1단계; 상기 제1단계에서 분사된 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스에 물을 분사하여 상기 물에 용해되지 않은 붕소를 물에 용해시키는 제2단계; 및 상기 제2단계에서 분사된 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스를 증기를 이용하여 적정한 활성화 온도까지 승온시키는 제3단계; 상기 제3단계에서 승온된 붕소가 포함된 가스에 암모니아를 포함한 환원약품을 투입하여 혼합시키는 제4단계; 및 상기 제4단계에서 환원약품이 혼합된 가스를 저온 활성탄 촉매가 담긴 활성탄 촉매 반응기 내부로 통과시켜, 가스상 붕소 성분은 최종적으로 활성탄 촉매에 흡착시키고 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환시키며 붕소는 물에 용해시키는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 제1단계와 제2단계 사이에는, 상기 엘시디용 용해로로부터 배출되는 붕소가 포함된 고온의 가스와, 상기 급속 냉각기에 의해 분사된 물을 혼합시키는 단계를 더 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는, 상기 제2단계는, 상기 분사된 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스에 물을 분사하여 세정하는 2-1단계; 및 상기 2-1단계에서 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스에 물을 분사하여 세정하는 2-2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 엘시디용 용해로에서 배출되는 가스 중에 포함된 붕소를 물을 이용하여 단계적으로 제거함으로써 대기에 정화된 공기를 배출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 엘시디용 용해로에서 배출되는 가스를 정화하기 위해 적은 면적으로도 설비를 갖출 수 있어 설비투자비용을 현저하게 줄일 수 있다.
이하, 본 발명을 도면을 통하여 상세히 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치의 개략적인 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 엘시디용 용해로(100a, 100b)의 배출가스 습식정화장치는 급속 냉각기(210), 벤츄리 수단(220a), 습식 세정기(300) 및 탈질 수단(400)을 포함한다.
급속 냉각기(210)는 용해로(100a, 100b)에서 발생하는 약 220℃의 배출가스가 통과하는 가스관(220) 내부에 설치되어 있고, 엘시디용 용해로(100a, 100b)로부터 배출되는 붕소가 포함된 고온의 가스에 물을 분사하여 소정의 온도로 냉각시켜 붕소를 물에 용해시킨다. 소정의 온도는 65~75℃ 중의 어느 하나의 온도일 수 있는데, 바람직한 온도는 70℃이다.
벤츄리 수단(220a)은 가스관(220) 하부의 오목한 부분으로서 급속 냉각기 (210)의 아래에 위치하여 엘시디용 용해로(100a, 100b)로부터 배출되는 붕소가 포함된 고온의 가스와, 급속 냉각기(210)에 의해 분사된 물을 혼합시킨다. 고온의 가스가 혼합된 물은 저장조(310)로 보내어진다.
벤츄리 수단(220a)에서 고온 가스가 물과 혼합되는 원리는 베르누이의 정리에 따른 것으로써, 가스관(220) 하부로 내려오면서 가스관이 좁아져서 물이 흐르는 속도가 빠르게 되기 때문에 가스와 물의 혼합작용이 원활하게 된다. 이로써, 가스에 포함된 붕소가 물과 혼합이 원활하게 되어 1차적으로 붕소가 제거된다.
습식 세정기(300)는 급속 냉각기(210)에서 분사된 물에 용해되지 않은 붕소 가 포함된 가스에 물을 분사하여 급속 냉각기(210)에 의해 물에 결합되지 않은 붕소를 물에 용해시킨다. 습식 세정기(300)는 제1 세정기(330a)와 제2 세정기(330b)를 포함하는데, 제1 세정기(330a)는 급속 냉각기(210)에서 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스에 물을 분사하여 세정하고, 제2 세정기(330b)는 제1 세정기(330a) 위쪽에 위치하여 제1 세정기(330a)에서 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스에 물을 분사하여 세정한다. 붕소가 물에 용해되는 현상은 화학식 1과 같다.
B2O3 + H2O → 2HBO2
습식 세정기(300)를 상세히 살펴보면, 제1 세정기(330a)와 제2 세정기(330b) 아래에 각각 패킹(320a, 320b)이 설치되어 있다. 그리고, 패킹(320a, 320b) 아래에는 배출 호퍼(340a, 340b)가 설치되어 있다.
제1 세정기(330a)는 물을 분사하여 저장조(310)에 유입된 붕소가 포함된 가스를 세정하고, 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스는 제2 세정기(330b)가 위치한 위로 이동한다. 그리고, 제2 세정기(330b)는 물을 분사하여 제1 세정기(330a)에서 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스를 세정하고, 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스는 탈질 수단(400)으로 이동한다.
제1 세정기(330a)와 제2 세정기(330b)를 통하여 각각 세정된 붕소가 포함된 물은 패킹(320a, 320b)을 통하여 배출 호퍼(340a, 340b)로 이동하고, 배출 호퍼(340a, 340b)를 통하여 저장조(310)로 이동한다. 저장조(310)로 이동된 물의 일부는 펌프(350)에 의해 폐수처리장(360)으로 이송된다.
상기와 같은 과정을 통하여, 습식 세정기(300)는 급속 냉각기(210)에서 분사된 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스에 물을 2차에 걸쳐 분사하여 붕소를 물에 용해시켜 폐수처리장(360)으로 보낸다. 따라서, 탈질 수단(400)으로 보내어지는 붕소의 양은 종래기술보다는 현저히 줄어들게 된다.
탈질 수단(400)은 습식 세정기(300)에서 분사된 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스를 증기를 이용하여 적정한 활성화 온도까지 승온시키고, 가스에 암모니아를 포함한 환원약품을 투입하여 혼합시킨다. 그리고, 탈질 수단(400)은 환원약품이 혼합된 가스를 저온 활성탄 촉매가 담긴 활성탄 촉매 반응기 내부로 통과시켜, 가스상 붕소 성분은 최종적으로 활성탄 촉매에 흡착시키고 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환시키며 붕소는 물에 용해시킨다.
탈질수단(400)을 상세히 살펴보면, 습식 세정기(300)의 후단에 연결되어 증기를 이용하여 배출 가스를 적정한 활성화 온도인 120℃까지 승온시키는 승온장치(410), 승온장치(410)를 통과한 배출 가스에 암모니아를 포함한 환원약품을 투입 및 혼합하는 환원약품 혼합부(450), 및 환원약품 혼합부(450)의 혼합기를 활성탄 촉매층 안으로 통과시켜 비소, 붕소 등의 성분은 활성탄 촉매에 흡착시키고 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환시키는 활성탄 촉매장치(440)로 구성된다. 이때, 증기는 보일러(420)에 의해 발생되어 승온장치(410)로 공급되며, 승온장치(410)의 온도인 120℃는 종래의 금속촉매를 이용할 경우의 반응온도인 250~350℃에 비해 저온이므로, 이와 같이 상대적으로 낮은 온도에서 촉매로서 사용되는 활성탄은 저온 활성탄 촉매라고 칭할 수 있다.
한편, 암모니아는 암모니아 저장소(430)로부터 환원약품 혼합부(450)에 공급되어 배가스와 골고루 섞여지는데, 환원약품 혼합부(450)는 압력손실이 적으면서도 배가스와 암모니아 등의 약품이 원활하게 혼합될 수 있는 구조로 제작된다.
그리고, 활성탄 촉매장치(440)는 반응기 내부에 활성탄이 채워진 상태에서 운전되며, 인입덕트(441)를 통해 반응기 내부로 유입된 배가스는 반응기의 하부에 위치한 플로우인 호퍼(flow-in hopper, 445a)와 상부에 위치한 촉매공급호퍼(446) 사이의 흡착층(adsorption layer; 444)을 통과하여 배기덕트(442)를 통해 연돌로 배출되어 정화된 공기가 대기로 배출된다. 플로우인 호퍼(445a)의 상부에는 미니 호퍼(445b)가 내삽되어 있고, 플로우인 호퍼(445a) 하부에는 지지빔(447)이 배치되어 있다.
활성탄은 견과껍질(nut shell)이나 목재, 코코아 야자열매 껍질, 토탄, 과일씨 또는 석탄 등을 공기 없이 열처리(탄화)하여 고온에서 증기로 활성화한 것으로서, 탄화공정에 의해 목재의 세포벽이 타들어 갈 때 생긴 수많은 미세한 구멍들로 인해 그 빈 공간을 채우려고 하는 강한 흡착력을 갖게 되는데, 이러한 흡착력에 의해 붕소 성분의 흡착이 가능하게 되며 질소산화물 및 암모니아의 원자간 결합을 느슨하게 하여 질소 및 물로 변환되는 작용이 쉽게 일어나도록 돕는다.
활성탄 촉매는 반응기 상부의 촉매투입구(451)를 통해 반응기 안으로 투입되어 저장층(443)에 축적된 상태에서 대기하다가, 사용완료된 촉매가 배출호퍼(448) 를 통해 외부로 방출되면 촉매공급호퍼(446)를 통해 그 아래의 흡착층(444)으로 공급된다.
본 명세서의 발명의 상세한 설명 및 첨부도면은 바람직한 실시예를 제시한 것에 불과하며, 본 발명의 보호범위가 도면 및 발명의 상세한 설명에 나타난 바에만 국한되는 것은 아니다.
도 1은 종래의 엘시디용 기판유리 제조공장에서 배출된 가스 중의 황산화물 및 질산화물을 저감하기 위한 대기정화시설의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치의 개략적인 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100a, 100b : 엘시디용 용해로 210 : 급속 냉각기
220 : 가스관 220a : 벤츄리 수단
300 : 습식 세정기 310 : 저장조
320a, 320b : 패킹 330a : 제1 세정기
330b : 제2 세정기 340a, 340b : 배출 호퍼
350 : 펌프 360 : 폐수처리장
400 : 탈질 수단 410 : 승온장치
420 : 보일러 430 : 암모니아 저장소
440 : 활성탄 촉매장치 441 : 인입덕트
442 : 저장층 444 : 흡착층
445a : 플로우인 호퍼 445b : 미니 호퍼
446 : 촉매공급호퍼 447 : 지지빔
448 : 배출 호퍼 450 : 환원약품 혼합부
451 : 촉매투입구

Claims (7)

  1. 엘시디용 용해로로부터 배출되는 고온의 가스에 물을 분사하여 소정의 온도로 냉각시키는 급속 냉각기;
    상기 급속 냉각기에서 분사된 물에 용해되지 않은 가스에 물을 분사하여 붕소 및 먼지를 1차로 세정하는 습식 세정기; 및
    상기 가스를 증기를 이용하여 적정한 활성화 온도까지 승온시키고, 상기 가스에 암모니아를 포함한 환원약품을 투입하여 혼합시키며, 상기 환원약품이 혼합된 가스를 저온 활성탄 촉매가 담긴 활성탄 촉매 반응기 내부로 통과시켜 2차로 가스상 붕소 성분을 활성탄 촉매에 흡착시키고, 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환시키는 탈질 수단을 포함하고,
    상기 급속 냉각기는 급속 냉각기의 아래에 위치하여 상기 엘시디용 용해로로부터 배출되는 붕소가 포함된 고온의 가스와, 상기 급속 냉각기에 의해 분사된 물을 혼합시키는 벤츄리 수단을 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 소정의 온도는 65~75℃ 중에서 어느 하나의 온도인 것을 특징으로 하는 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 습식 세정기는,
    상기 급속 냉각기에서 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스에 물을 분사하여 세정하는 제1 세정기; 및
    상기 제1 세정기 위쪽에 위치하여 상기 제1 세정기에서 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스에 물을 분사하여 세정하는 제2 세정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화장치.
  5. 엘시디용 용해로로부터 배출되는 붕소가 포함된 고온의 가스에 물을 분사하여 소정의 온도로 냉각시켜 붕소를 물에 용해시키는 제1단계;
    상기 제1단계에서 분사된 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스에 물을 분사하여 상기 물에 용해되지 않은 붕소를 물에 용해시키는 제2단계;
    상기 제2단계에서 분사된 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스를 증기를 이용하여 적정한 활성화 온도까지 승온시키는 제3단계;
    상기 제3단계에서 승온된 붕소가 포함된 가스에 암모니아를 포함한 환원약품을 투입하여 혼합시키는 제4단계; 및
    상기 제4단계에서 환원약품이 혼합된 가스를 저온 활성탄 촉매가 담긴 활성탄 촉매 반응기 내부로 통과시켜, 2차로 가스상 붕소 성분은 활성탄 촉매에 흡착시키고 질소산화물 및 암모니아의 혼합기는 촉매반응에 의해 질소 및 물로 변환시키며 붕소는 물에 용해시키는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제1단계와 제2단계 사이에는,
    상기 엘시디용 용해로로부터 배출되는 붕소가 포함된 고온의 가스와, 상기 급속 냉각기에 의해 분사된 물을 혼합시키는 단계를 더 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 제2단계는,
    상기 분사된 물에 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스에 물을 분사하여 세정하는 2-1단계; 및
    상기 2-1단계에서 용해되지 않은 붕소가 포함된 가스에 물을 분사하여 세정하는 2-2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘시디용 용해로의 배출가스 습식정화방법.
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