KR100926449B1

KR100926449B1 - 폐촉매의 재생장치

Info

Publication number: KR100926449B1
Application number: KR1020080026844A
Authority: KR
Inventors: 김조천; 정상귀; 선우영; 손윤석
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2009-11-13
Also published as: KR20090101605A

Abstract

본 발명은 폐촉매의 재생장치에 관한 것으로서, 원통형의 내부공간을 갖는 반응탱크와, 상기 반응탱크의 일측 외주면에 형성되어 폐촉매와 재생가스를 상기 반응탱크의 내부공간으로 공급하기 위한 유입구와, 상기 반응탱크의 타측 외주면에 형성되어 상기 재생가스를 배출하기 위한 재생가스배출구와, 상기 유입구의 시계방향 측으로 하여 상기 유입구와 상기 재생가스배출구의 사이의 반응탱크 외주면에 형성된 빔투과창과, 상기 유입구의 반시계방향 측으로 하여 상기 반응탱크 외주면에 형성되어 상기 폐촉매를 배출하기 위한 폐촉매배출구가 구비된 몸체부; 상기 빔투과창을 통해 상기 반응탱크의 내부공간으로 전자빔을 조사하는 전자빔조사부; 상기 반응탱크의 내주면에 밀착회전되는 밀착날개가 복수개 구비되되, 상기 밀착날개의 사이에는 오목부가 형성되어, 상기 반응탱크의 내주면과 상기 오목부에 의해 형성된 수용공간에 상기 폐촉매 또는 반응가스를 수용하여 회전이동시키는 회전부; 상기 회전부를 시계방향으로 회전구동시키는 회전구동부와 상기 회전구동부의 회전속도를 조절하는 속도조절부가 구비된 제어부;를 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 폐촉매의 재생장치에 의해 폐촉매를 연속적으로 재생할 수 있다.

오일, 촉매, 폐촉매, 재생, 재활용

Description

폐촉매의 재생장치{Apparatus for regenerating spentcatalysts}

본 발명은 폐촉매의 재생장치에 관한 것으로서, 특히, 전자빔을 이용하여 폐촉매를 재활용함과 동시에 연속적인 재활용이 가능한 폐촉매의 재생장치에 관한 것이다.

일반적으로 석유 정제회사(SK, S-OIL, 현대정유 등)에서 오일을 수입하여 정제하는 과정에서 황을 제거하는 공정인 "중질유 유동상촉매 분해공정 (RFCC, Residue Fluid Catalytic Cracking Unit)"을 거쳐서 황을 제거하여야 하는데, 상기 중질유 유동상촉매 분해공정은 중질유 탈황공정(Residue Hydro-Desulfurization Unit)에서 생산된 저유황 연료유(L/S Fuel Oil)와 저유황 상압잔사유(L/S Atmospheric Residue)를 원료로 유동상 촉매분해를 통해 휘발유 원료 등을 생산하는 공정이다.

이때, 오일의 황을 제거하는 용도로 촉매(catalyst)가 사용되고 있으며, 이러한 촉매는 alumina(Al₂O₃), silica(SiO₂) 등이 있고, Ni화합물로는 nickelic oxide(Ni₂O₃), nickel oxide(NiO) 등이 있으며, 이러한 촉매들은 금속의 전기적 성 질을 이용하여 황을 제거한다.

촉매의 형상은 대개 "라이터 돌"과 같은 원통형으로서 원통형의 알루미늄 외측면에 바나듐과 몰리브덴이 코팅된 구조이며, 전체 비중의 9~15%가 바나듐, 몰리브덴으로 이루어지고, 전체비중의 75% 정도가 알루미늄으로 구성되며, 강도나 다른 용도에 따라 니켈이나 코발트가 더 포함되어 구성되기도 한다.

상기의 촉매는 오일을 정제하는 과정에서 황을 흡착하여 제거하게 되며, 촉매의 수명이 다 되면 황과 오일이 범벅된 폐촉매(spent catalysts)가 된다.

이러한 폐촉매는 촉매재생가스와 함게 로터리킬른(msrotary kiln)에서 900°의 고온으로 열처리하여 황과 유분을 제거하는 전처리 과정이 요구되며, 이 전처리 과정이 끝나면 화학적 처리를 거쳐 바나듐과 몰리브덴을 추출하게 된다.

그러나 열처리에 의한 재생방법은 여러 가지 문제점을 내포하고 있다.

우선 고온에서 재생이 이루어지므로 촉매 신터링(sintering)에 의한 촉매활성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서 가능한 촉매 신터링을 방지하기 위하여 연소 온도를 서서히 증가시키며 이에 따라 재생기간이 장기간에 이르게 되는 것이다. 장기간 높은 온도를 유지하기 위한 비용이나 생산이 중단됨에 따라 추가적으로 발생하는 과다한 비용 등을 부담하게 된다.

또한, 열처리 설비의 후단에는 배출되는 열을 회수하는 설비가 설치되는데, 이와 같은 설비는 열교환기, 덕트버너 또는 전기히터 등과 같은 가열장치를 필요로 하게 된다. 이와 같은 배기가스 가열장치는 연료 또는 전력소모로 인한 운전비용의 상승을 불러일으킬 뿐만 아니라 전체전인 장치구성을 복잡하게 하고, 설치비용을 증가시키는 문제점이 있다.

한편, 최근에는 플라즈마 전자빔 막여과법, 이산화티타늄계 광촉매에 의한 처리방법 등이 개발중이나, 이들이 실제 적용되어 상용화된 예는 극히 미미한 상태이며 외국제품들의 경우에는 장비가 비대하여 소규모 배출원에서의 사용이 곤란하고, 설치비 등이 고가일 뿐만 아니라 유지비용이 고가여서 우리 나라의 실정에는 부적합한 결점이 있다. 특히, 전자빔을 이용한 휘발성 유기화합물의 처리기술은 산업현장에 적용할 경우 대용량 처리에 경제적이지만, 용량이 적은 시설에 적용하기 위해서는 에너지 효율 및 유기화합물의 분해효율을 높일 수 있는 방법이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 고가의 열처리 설비나 배출열의 회수 설비를 필요로 하지 않고, 전체적인 장치의 구성이 간단하며, 폐촉매를 연속적으로 재생할 수 있는 폐촉매의 재생장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 폐촉매의 재생장치는, 원통형의 내부공간을 갖는 반응탱크와, 상기 반응탱크의 일측 외주면에 형성되어 폐촉매와 재생가스를 상기 반응탱크의 내부공간으로 공급하기 위한 유입구와, 상기 반응탱크의 타측 외주면에 형성되어 상기 재생가스를 배출하기 위한 재생가스배출구와, 상기 유입구의 시계방향 측으로 하여 상기 유입구와 상기 재생가스배출구의 사이의 반응탱크 외주면에 형성된 빔투과창과, 상기 유입구의 반시계방향 측으로 하여 상기 반응탱크 외주면에 형성되어 상기 폐촉매를 배출하기 위한 폐촉매배출구가 구비된 몸체부; 상기 빔투과창을 통해 상기 반응탱크의 내부공간으로 전자빔을 조사하는 전자빔조사부; 상기 반응탱크의 내주면에 밀착회전되는 밀착날개가 복수개 구비되되, 상기 밀착날개의 사이에는 오목부가 형성되어, 상기 반응탱크의 내주면과 상기 오목부에 의해 형성된 수용공간에 상기 폐촉매 또는 반응가스를 수용하여 회전이동시키는 회전부; 상기 회전부를 시계방향으로 회전구동시키는 회전구동부와 상기 회전구동부의 회전속도를 조절하는 속도조절부가 구비된 제어부;를 포함 한다.

여기서, 상기 유입구로 공급되는 폐촉매의 크기에 따라 상기 회전구동부의 회전속도가 상기 속도조절부에 의해 조절된다.

이때, 상기 유입구로 공급되는 폐촉매의 크기가 기준범위보다 큰 경우에, 상기 회전구동부의 회전속도가 기준속도보다 느리게 회전하도록 상기 속도조절부가 상기 회전구동부의 회전속도를 조절한다.

또한, 상기 유입구로 공급되는 폐촉매의 크기가 기준범위보다 작은 경우에, 상기 회전구동부의 회전속도가 기준속도보다 빠르게 회전하도록 상기 속도조절부가 상기 회전구동부의 회전속도를 조절한다.

여기서, 상기 밀착날개는 4개가 형성되고, 밀착날개의 사이마다 각각 오목부가 형성된다.

여기서, 상기 유입구는 원주방향에 수직하게 장방형으로 연통형성된다.

여기서, 상기 재생가스배출구는 원주방향에 수직하게 장방형으로 연통형성된다.

여기서, 상기 빔투과창은 원주방향에 수직하게 장방형으로 형성된다.

여기서, 상기 폐촉매배출구는 원주방향에 수직하게 장방형으로 연통형성된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 고가의 열처리 설비나 배출열의 회수 설비를 필요로 하지 않으므로 설치비용이 절감되는 이점이 있고, 전체적인 장치의 구성이 간단하다는 장점이 있다.

또한, 폐촉매를 연속적으로 재생할 수 있으므로, 대량의 폐기물을 처리할 수 있다는 이점이 있다.

본 실시예의 폐촉매 재생장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 크게, 몸체부(100), 전자빔조사부(120), 회전부(130), 제어부를 포함하여 이루어진다.

상기 몸체부(100)는, 원통형의 내부공간을 갖는 반응탱크(110)와, 상기 반응탱크(110)의 일측 외주면에 형성되어 폐촉매(C)와 재생가스를 상기 반응탱크(110)의 내부공간으로 공급하기 위한 유입구(112)와, 상기 반응탱크(110)의 타측 외주면에 형성되어 상기 재생가스를 배출하기 위한 재생가스배출구(114)와, 상기 유입구(112)의 시계방향 측으로 하여 상기 유입구(112)와 상기 재생가스배출구(114)의 사이의 반응탱크(110) 외주면에 형성된 빔투과창(116)과, 상기 유입구(112)의 반시계방향 측으로 하여 상기 반응탱크(110) 외주면에 형성되어 상기 폐촉매(C)를 배출하기 위한 폐촉매배출구(118)가 구비된다.

상기 전자빔조사부(120)는, 상기 빔투과창(116)을 통해 상기 반응탱크(110)의 내부공간으로 전자빔을 조사한다.

상기 회전부(130)는, 상기 반응탱크(110)의 내주면에 밀착회전되는 밀착날개(310)가 복수개 구비되되, 상기 밀착날개(310)의 사이에는 오목부(312)가 형성되어, 상기 반응탱크(110)의 내주면과 상기 오목부(312)에 의해 형성된 수용공간에 상기 폐촉매(C) 또는 반응가스를 수용하여 회전이동시킨다.

상기 제어부는 상기 회전부(130)를 시계방향으로 회전구동시키는 회전구동부와 상기 회전구동부의 회전속도를 조절하는 속도조절부가 구비된다.

먼저, 몸체부(100) 및 전자빔조사부(120)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

몸체부(100)는 폐촉매(C)를 재생시키기 위한 공간을 제공하는 부분으로서, 원통형으로 형성되어 원통형의 내부공간을 갖도록 형성된 반응탱크(110)를 기본구성요소로 하여, 반응탱크(110)의 외주면에 형성된 유입구(112), 재생가스배출구(114), 빔투과창(116), 폐촉매배출구(118)를 포함한다.

이때, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 유입구(112), 빔투과창(116), 재생가스배출구(114), 폐촉매배출구(118)가 시계방향으로 하여 순차적으로 형성된다.

상기 유입구(112)는 반응탱크(110)의 일측 외주면에 형성되되, 반응탱크(110)의 원주방향에 수직하게 장방형으로 연통형성되며, 재생하고자 하는 폐촉매(C)와 폐촉매(C)를 재생시키기 위한 재생가스가 공급되는 부분이다. 즉, 유입구(112)를 통해 반응탱크(110)의 내부공간으로 폐촉매(C)와 재생가스가 함께 공급되는 것이다.

상기 빔투과창(116)은 상기 유입구(112)의 시계방향 측으로 하여 유입구(112)와 재생가스배출구(114)의 사이의 반응탱크(110) 외주면에 형성되되, 전자빔조사부(120)에 의한 전자빔이 반응탱크(110)의 내부로 조사될 수 있도록 투과될 수 있는 부분으로서, 반응탱크(110)의 원주방향에 수직하게 장방형으로 형성되며, 티타늄 호일 등과 같이 전자빔이 투과될 수 있는 소재로 이루어지는 것이 바람직하 다.

상기 재생가스배출구(114)는 반응탱크(110)의 타측 외주면에 형성되되, 반응탱크(110)의 원주방향에 수직하게 장방형으로 연통형성되며, 반응탱크(110)의 내부공간으로 공급된 폐촉매(C)와 재생가스 중에서 재생처리된 폐촉매(C)를 제외한 재생가스가 배출되는 부분이다. 한편, 재생가스배출구(114)에는 재생가스의 배출을 효과적으로 이루기 위한 배출펌프가 구비될 수 있다.

상기 폐촉매배출구(118)는 상기 유입구(112)의 반시계방향 측으로 하여 반응탱크(110) 외주면에 형성되되, 반응탱크(110)의 원주방향에 수직하게 장방형으로 연통형성되며, 재생처리된 폐촉매(C)를 배출하기 위한 부분이다.

한편, 상기 전자빔조사부(120)는 재생가스와 함께 혼합된 폐촉매(C)에 전자빔을 조사하기 위한 부분으로서, 종래의 플라즈마 반응기를 사용할 수 있으며, 일예로 펄스 코로나방식, 유전체방전방식, 아크 방전방식 중에서 각각을 이용하거나 이들을 결합한 방식을 이용할 수 있다. 이러한 전자빔조사부(120)는 공지된 기술에 해당하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다음으로, 회전부(130) 및 제어부에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

회전부(130)는 반응탱크(110)의 내부공간으로 공급된 폐촉매(C) 및 재생가스를 수용하여 시계방향으로 회전되도록 하는 부분으로서, 반응탱크(110)의 내주면에 밀착회전되는 밀착날개(310)가 복수개 구비되고, 이 밀착날개(310)의 사이에는 오목부(312)가 형성된다.

따라서, 반응탱크(110)의 내주면과 오목부(312)에 의해 밀폐되어 형성된 수용공간에 폐촉매(C) 또는 반응가스가 수용되어 회전부(130)의 회전에 의해 시계방향으로 회전이송된다.

이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 밀착날개(310)는 4개가 형성되고, 밀착날개(310)의 사이 2개의 오목부(312)가 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 회전부(130)는 제어부에 의해 제어되는데, 상기 제어부는 회전부(130)를 시계방향으로 회전구동시키는 회전구동부와 이 회전구동부의 회전속도를 조절하는 속도조절부가 구비한다.

여기서, 유입구(112)로 공급되는 폐촉매(C)의 크기에 따라 회전구동부의 회전속도가 상기 속도조절부에 의해 조절되며, 상세하게는, 유입구(112)로 공급되는 폐촉매(C)의 크기가 기준범위보다 큰 경우에, 회전구동부의 회전속도가 기준속도보다 느리게 회전하도록 속도조절부가 상기 회전구동부의 회전속도를 조절하고, 유입구(112)로 공급되는 폐촉매(C)의 크기가 기준범위보다 작은 경우에, 회전구동부의 회전속도가 기준속도보다 빠르게 회전하도록 속도조절부가 회전구동부의 회전속도를 조절하게 된다.

마지막으로, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 폐촉매 재생장치의 작동에 대하여 설명하도록 하며, 편의상 회전부(130)의 밀착날개(310)는 제1밀착날개(310a), 제2밀착날개(310b), 제3밀착날개(310c), 제4밀착날개(310d)로 각각 구분된다.

이를 설명하면, 제1밀착날개(310a)와 제2밀착날개(310b) 사이의 오목부(312)가 유입구(112)에 대응하여 위치한 경우에, 제1밀착날개(310a)와 제2밀착날개(310b) 사이의 오목부(312)와 반응탱크(110)의 내주면에 의해 형성된 수용공간으로 폐촉매(C)와 재생가스가 공급된다.

다음으로, 상기 수용공간에 폐촉매(C)와 재생가스가 공급된 상태에서 회전부(130)의 지속적인 회전에 의해 폐촉매(C)와 재생가스는, 도 3에 도시된 바와 같이, 빔투과창(116)과 대응하는 위치로 회전이동된다. 이 상태에서는 전자빔조사부(120)에서 조사되는 전자빔이 빔투과창(116)을 통해 폐촉매(C)와 재생가스로 조사되며, 이에 따라 폐촉매(C)가 재생하게 된다.

다음으로, 상기 수용공간에 재생된 폐촉매(C)와 재생가스가 혼합된 상태에서 회전부(130)의 지속적인 회전에 의해 재생된 폐촉매(C)와 재생가스는, 도 4에 도시된 바와 같이, 재생가스배출구(114)에 대응하는 위치로 회전이동된다. 이 상태에서 재생가스는 재생가스배출구(114)를 통해 배출되며, 재생된 폐촉매(C)는 자중에 의해 수용공간의 하부인 오목부(312)에 남아있게 된다.

다음으로, 상기 수용공간에 재생된 폐촉매(C)만 남아있는 상태에서 회전부(130)의 지속적인 회전에 의해 재생된 폐촉매(C)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 폐촉매배출구(118)에 대응하는 위치로 회전이동된다. 이 상태에서 재생된 폐촉매(C)는 자중에 의해 폐촉매배출구(118)로 배출된다.

상기에서는 폐촉매 재생장치의 작동에 대하여 단계적으로 설명하였으나, 지속적인 회전부(130)의 회전에 의해 위와 같은 작동이 연속적으로 작동되는 것은 명확하다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 폐촉매의 재생장치의 일실시예에 따른 사시도.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 폐촉매의 재생장치의 일실시예에 따른 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100:몸체부

110:반응탱크

112:유입구

114:재생가스배출구

116:빔투과창

118:폐촉매배출구

120:전자빔조사부

130:회전부

310:밀착날개

312:오목부

Claims

원통형의 내부공간을 갖는 반응탱크와, 상기 반응탱크의 일측 외주면에 형성되어 폐촉매와 재생가스를 상기 반응탱크의 내부공간으로 공급하기 위한 유입구와, 상기 반응탱크의 타측 외주면에 형성되어 상기 재생가스를 배출하기 위한 재생가스배출구와, 상기 유입구의 시계방향 측으로 하여 상기 유입구와 상기 재생가스배출구의 사이의 반응탱크 외주면에 형성된 빔투과창과, 상기 유입구의 반시계방향 측으로 하여 상기 반응탱크 외주면에 형성되어 상기 폐촉매를 배출하기 위한 폐촉매배출구가 구비된 몸체부;

상기 빔투과창을 통해 상기 반응탱크의 내부공간으로 전자빔을 조사하는 전자빔조사부;

상기 반응탱크의 내주면에 밀착회전되는 밀착날개가 복수개 구비되되, 상기 밀착날개의 사이에는 오목부가 형성되어, 상기 반응탱크의 내주면과 상기 오목부에 의해 형성된 수용공간에 상기 폐촉매 또는 반응가스를 수용하여 회전이동시키는 회전부;

상기 회전부를 시계방향으로 회전구동시키는 회전구동부와 상기 회전구동부의 회전속도를 조절하는 속도조절부가 구비된 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐촉매의 재생장치.
제1항에 있어서,

상기 유입구로 공급되는 폐촉매의 크기에 따라 상기 회전구동부의 회전속도가 상기 속도조절부에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 폐촉매의 재생장치.
제2항에 있어서,

상기 유입구로 공급되는 폐촉매의 크기가 기준범위보다 큰 경우에, 상기 회전구동부의 회전속도가 기준속도보다 느리게 회전하도록 상기 속도조절부가 상기 회전구동부의 회전속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 폐촉매의 재생장치.
제2항에 있어서,

상기 유입구로 공급되는 폐촉매의 크기가 기준범위보다 작은 경우에, 상기 회전구동부의 회전속도가 기준속도보다 빠르게 회전하도록 상기 속도조절부가 상기 회전구동부의 회전속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 폐촉매의 재생장치.
제1항에 있어서,

상기 밀착날개는 4개가 형성되고, 밀착날개의 사이마다 각각 오목부가 형성된 것을 특징으로 하는 폐촉매의 재생장치.
제1항에 있어서,

상기 유입구는 원주방향에 수직하게 장방형으로 연통형성된 것을 특징으로 하는 폐촉매의 재생장치.
제1항에 있어서,

상기 재생가스배출구는 원주방향에 수직하게 장방형으로 연통형성된 것을 특징으로 하는 폐촉매의 재생장치.
제1항에 있어서,

상기 빔투과창은 원주방향에 수직하게 장방형으로 형성된 것을 특징으로 하는 폐촉매의 재생장치.
제1항에 있어서,

상기 폐촉매배출구는 원주방향에 수직하게 장방형으로 연통형성된 것을 특징으로 하는 폐촉매의 재생장치.