KR100954230B1 - 습식 탈황장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상단에 1차탈황메탄가스 배출구(14) 및 노즐부(12)가 마련되고 메탄가스가 유입되는 메탄가스입구(16)가 중간부에 마련된 전처리촉매활성탑(10); 상단에 2차탈황메탄가스 배출구(24), 노즐부(22), 및 폴리우레탄폼층(23)이 마련되고, 상기 배출구(14)를 통하여 1차탈황메탄가스를 받아들이는 1차탈황메탄가스입구(26)가 상기 폴리우레탄폼층(23) 아래에 마련되어 있는 주촉매활성탑(20); 폭기관(37)과 벤츄리인젝터(38)를 통하여 외부의 공기를 공급받고, 재생된 촉매액을 노즐부(12, 22)에 각각 공급하는 수단들이 구비된 촉매재생탑(30); 상기 촉매재생탑(30)에 여과수와 함께 촉매인 철을 공급하는 수단이 구비된 촉매공급장치(40); 및 상기 촉매재생탑(30)에 과산화수소를 공급하는 수단이 구비된 과산화수소탱크(50)를 포함하고 있는 습식탈황장치에 관한 것으로서, 상기 전처리촉매활성탑(10)은 상기 노즐부(12)와 상기 메탄가스입구(16) 사이에 석회석층(13)을 포함하고 있고, 상기 주촉매활성탑(20)은 상기 1차탈황메탄가스입구(26) 밑에 마련된 저장공간(S2)에 저장된 재생촉매액을 상기 촉매재생탑(30)에 이송시키는 수단이 구비되어 있는 것으로 되어 있다.
메탄가스, 탈황, 촉매

Description

습식 탈황장치{wet tipic desulfurizing system}
본 발명은 습식 탈황장치에 관한 것이다.
하수처리장내의 메탄가스 중에는 유황성분이 함유되어 있다. 메탄가스에 함유되어 있는 유황 성분은 주로 황화수소(H2S)의 형태로 존재하며, 그 밖에 이황화탄소(CS2), 일산화황(SO) 및 메르캅탄류(R-SH)가 미량 함유되어있다.
이러한 메탄가스에 함유되어 있는 유황성분은 메탄가스를 이용하는 각종 보일러, 발전기 등의 설비 및 배관 등에 부식을 유발하며, 연소시 황산화물(SO2, SO3 등)의 형태로 배출됨으로써 대기환경을 악화시킨다.
따라서 메탄가스의 환경친화적, 경제적 이용을 위해서는 메탄가스에 함유되어 있는 유황성분이 제거될 필요가 있다.
일반적으로 황화수소를 제거하는 방법은 습식, 건식, 바이오필터법 등이 있다.
바이오필터법은 저농도의 황화수소 제거에만 사용되고, 그리고 일반적인 습식과 건식타입은 고농도의 황화수소 처리시에, 촉매제인 철(Fe)의 수명이 단축되어 무리한 촉매제의 교체로 많은 운전비용이 소모되고 있는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 전처리촉매활성탑과 주촉매활성탑을 마련하고 이들 활성탑에 촉매재생장치에 의해 재생된 촉매를 공급하는 탈황장치가 개시되어 있다.
하지만, 이러한 탈황장치는 재생전의 촉매제와 재생후의 촉매제가 혼합되어 사용되기 때문에, 메탄가스에서 황을 제거하는 촉매의 효율이 저하되고 또한 인입되는 메탄가스에 함유되어 있는 유기물질에 의하여 촉매의 활성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가지고 있다.
본 발명은 전처리 촉매활성탑에 다공의 석회석층(CaCO3)을 마련하고 촉매재생장치에서 전처리 촉매활성탑으로 배출되는 배출물에 함유된 이산화황(SO2)으로 하여금 상기 석회석층이 산화칼슘(CaO)과 이산화탄소(CO2)로 분해되게 하고, 상기 산화칼슘으로 하여금 조촉매로서 작용하게 하여, 주촉매인 철(Fe)이 전처리 촉매활성탑에 유입된 메탄가스에 있는 황을 분리시키는 작용을 활성하게 함과 동시에 전처리 촉매활성탑에서 석회석층과 이산화황이 결합하여 황산칼슘(CaSO4)으로 만들어 침적시킴으로써 상기 과제를 해결할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제해결수단에 의해 촉매제와 재생된 촉매제가 혼합되어 사용되어도 조촉매에 의해 주촉매로 하여금 메탄가스에서 황을 제거하는 작용을 활성시켜서, 탈황율을 증가시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 습식탈황장치를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에는 본 실시예의 탈황장치가 부호 100으로서 지시되어 있다.
상기 습식탈황장치(100)는 전처리촉매활성탑(10), 주촉매활성탑(20), 촉매재생탑(30), 촉매공급장치(40) 및 과산화수소탱크(50)를 포함하고 있다.
상기 전처리촉매활성탑(10)은 상단에서 하단쪽으로 순차적으로 데미스터(DEMISTER; 11), 노즐부(12), 다공의 석회석층(13)을 내장하고 있고 상기 석회석층(13) 아래에 저장공간(S1)이 구획형성되어 있다.
또한, 상기 전처리촉매활성탑(10)에는 상단에 1차 탈황메탄가스배출구(14) 그리고 하단에 전처리촉매출구(15)가 구비되어 있다. 상기 전처리촉매출구(15)는 일단이 상기 노즐부(12)에 유통가능하게 접속되어 있고 도중에 전처리촉매분사펌프(P3)가 개재되어 있는 전처리촉매공급라인(L3)의 타단에 접속되어 있다.
그리고 상기 전처리촉매활성탑(10)의 저장공간(S1) 상단에는 메탄가스가 유입되는 메탄가스입구(16)와 그리고 상기 과산화수소탱크(50)에서 공급되는 과산화수소가 촉매가 유입되는 과산화수소입구(17)가 구비되어 있다. 상기 과산화수소입구(17)는 일단이 상기 과산화수소탱크(50)에 접속되어 있고 도중에 과산화수소공급펌프(P4)가 개재되어 있는 과산화수소공급라인(L4)의 타단에 접속되어 있다.
상기 주촉매활성탑(20)은 상단에서 하단쪽으로 순차적으로 데미스터(DEMISTER; 21), 노즐부(22), 복수개의 구슬모양의 폴리우레탄폼으로 이루어진 폴리우레탄폼층(23)을 내장하고 있고 상기 폴리우레탄폼층(23) 아래에 저장공간(S2)이 구획형성되어 있다.
또한, 상기 주촉매활성탑(20)에는 상단에 배출구(24) 그리고 하단에 촉매반송출구(25)가 구비되어 있다. 그리고 상기 주촉매활성탑(20)의 저장공간(S2) 상단 에는 전처리활성탑(10)에서 처리되어 1차 탈황메탄가스배출구(14)를 통하여 배출되는 1차 탈황메탄가스가 가스이송라인(L1)을 경유하여 유입되는 1차탈황메탄가스입구(26)가 구비되어 있다.
상기 촉매재생탑(30)에는 상단에 통기구(31), 및 여과수공급원에 접속되어 있는 여과수 입구(32)가 마련되어 있고, 하단에 주촉매활성탑(20)의 촉매반송출구(25)에서 배출되는 촉매를 유입시키는 촉매반송입구(33), 전처리촉매활성탑(10)에 재생된 촉매를 공급하기 위한 제1재생촉매출구(34) 및 주촉매활성탑(20)에 재생된 촉매를 공급하기 위한 제2재생촉매출구(36)가 마련되어 있다.
상기 제1재생촉매출구(34)는 일단이 상기 전처리촉매분사펌프(P3)의 상류측인 전처리촉매공급라인(L3)의 부분에 접속되어 있고, 도중에 촉매순환펌프(P1)가 개재되어 있는 제1재생촉매공급라인(L2)의 타단에 접속되어 있다.
상기 촉매반송입구(33)는 일단이 촉매반송출구(25)에 접속되어 있고, 도중에 촉매반송펌프(P2)와 벤츄리인젝터(35)가 개재되어 있는 촉매반송라인(L5)의 타단에 접속되어 있다. 상기 벤츄리인젝터(35)의 중간에 형성된 2차입구는 외부와 통기되어 있어, 1차입구에서 출구로 촉매가 이송됨에 따라 외부의 공기도 함께 유입되어 상기 촉매재생탑(30)에 공급된다.
상기 제2재생촉매출구(36)는 일단이 노즐부(22)에 접속되어 있고, 도중에 주촉매분사펌프(P5)가 개재되어 있는 제2재생촉매공급라인(L6)의 타단에 접속되어 있다.
또한, 상기 촉매재생탑(30)은 일단이 상기 촉매재생탑(30)에 저장된 촉매 수 위보다 낮게 위치되어 있고 타단이 상기 촉매재생탑(30)에 저장된 촉매의 수위보다 높게 위치된 폭기관(37)을 포함하고 있으며, 상기 폭기관(37)은 일단이 상기 촉매순환펌프(P1)의 하류측인 제1재생촉매공급라인(L2)의 부분에 접속되어 있고 도중에 벤츄리인젝터(38)가 개재되어 있는 공기공급라인(L7)의 타단에 접속되어 있다. 상기 벤츄리인젝터(38)의 중간에 형성된 2차입구는 외부와 통기되어 있어, 1차입구에서 출구로 재생촉매가 이송됨에 따라 외부의 공기도 함께 유입되어 상기 촉매재생탑(30)에 공급된다.
상기 촉매공급장치(40)는 분말형태의 촉매를 일정 농도의 촉매현탁액으로 만들어서 촉매재생탑(30)에 공급하는 장치이며, 분말촉매저장호퍼(41), 분말촉매공급장치(42), 촉매슬러리저장조(43)를 포함하고 있다.
상기 촉매슬러리저장조(43)의 상단에는 여과수공급원에 접속된 여과수입구(44)가 마련되어 있고, 하단에는 여과수와 분말촉매가 혼합되어 일정 농도의 촉매현탁액을 배출시키는 촉매현탁액출구(45)가 마련되어 있다.
상기 촉매현탁액출구(45)는 일단이 상기 촉매반송펌프(P2)의 상류측인 상기 촉매반송라인(L5)의 부분에 접속되어 있고 도중에 촉매공급펌프(P6)가 개재되어 있는 촉매공급라인(L8)의 타단에 접속되어 있다.
또한, 촉매재생탑(30)에 과산화수소를 공급하기 위해, 촉매순환펌프(P1)의 상류측인 제1재생촉매공급라인(L2)의 부분에는 제2과산화수소공급라인(L9)의 일단이 접속되어 있고, 과산화수소공급펌프(P4)의 하류측인 상기 과산화수소공급라인(L4)의 부분에는 제2과산화수소공급라인(L9)의 타단이 접속되어 있다.
상기 전처리촉매분사펌프(P3)의 하류측인 상기 전처리촉매공급라인(L3)의 부분에는 드레인라인(L10)이 접속되어 있다.
상기와 같이 구성된 습식탈황장치는 다음과 같이 작동된다.
메탄가스입구(16)를 통하여 전처리촉매활성탑(10)의 저장공간(S1)에 유입된 메탄가스는 석회석층(13)을 관통하게 되고, 상기 석회석층(13)을 통과하는 동안 메탄가스에 함유되어 있는 유기물질들은 다공성인 석회석에 흡착되며, 이어서 노즐부(12)를 통하여 분사되는 여과수와 혼합된 촉매인 철(Fe)과 접촉되면서, 메탄가스에 함유된 황이 상기 촉매에 의하여 유리되어 물에 녹아 메탄가스로부터 분리되게 되고, 메탄가스는 상기 더미스터(11)를 통하여 1차탈황메탄가스배출구(14)를 통하여 상기 주촉매활성탑(20)으로 이동되게 되고, 메탄가스로부터 분리된 황성분과 촉매액은 상기 석회석층(13) 하부의 저장공간(S1) 내로 낙하하게 된다.
여기에서, 상기 낙하된 촉매액은 과산화수소탱크(50)로부터 공급된 과산화수소와 접촉하여, 황이 이산화황(SO2) 및 아황산(H2SO3)으로 존재하게 하며, 상기 이산화황 및 아황산은 상기 노즐부(12)를 경유하여 석회석층(13)과 접촉하여, 석회석층(13)이 산화칼슘(CaO) 과 이산화탄소(CO2)로 분해되게 하고, 산화칼슘(CaO)는 주촉매인 철(Fe)의 활성을 증진시키는 조촉매로서 작용함과 동시에 상기 석회석층은 이산화황과 결합하여 황산칼슘(CaSO4)으로 되어 상기 저장공간(S1)에서 체류하게되게 된다. 또한, 이산화황(SO2)이 물과 결합하여 생성되는 아황산(H2SO3)은 상기 석회석층(13)을 통과하는 동안 석회석층(13)에 흡착된 유기물질을 석회석층(13)으로부터 탈착시켜 상기 석회석층(13)을 재생하는 역할을 한다. 상기 체류된 황산칼슘용액과 유기물질은 드레인라인(L10)을 통하여 낙하된 촉매액과 함께 외부로 배출될 수 있다.
또한, 상기 저장공간(S1)에 공급된 과산화수소는 상기 낙하된 촉매액과 접촉하여, 주촉매인 철성분(Fe)이 2가 철이온(Fe+2)에서 3가 철이온(Fe+3)이 되게 하여 주촉매를 재생하는 작용을 한다.
상기 조촉매는 촉매의 활성뿐만 아니라 촉매의 수명을 향상시키는 작용을 한다.
상기 주촉매활성탑(20)에 유입된 메탄가스는 폴리우레탄폼층(23)을 관통하는 동안 노즐부(22)에서 분사되는 재생촉매액과 접촉하게 되어, 재생촉매액에 함유된 촉매인 철(Fe)이 메탄가스에 함유된 황과 반응하여 메탄가스로부터 황이 분리되게 되고, 메탄가스는 상기 더미스터(21)를 통하여 2차탈황메탄가스배출구(24)를 통하여 메탄가스저장탱크로 이동되게 되고, 메탄가스로부터 분리된 황함유 재생촉매액은 폴리우레탄폼층(23) 하부의 저장공간(S2)과 촉매반송라인(L5)을 경유하여 촉매재생탑(30)에 유입되게 된다.
상기 촉매재생탑(30)에 유입된 황성분과 재생촉매액은 폭기관(37)을 통하여 공기와 혼합되고, 여과수입구(32)를 통하여 인입되는 여과수와 혼합되고, 그리고 상기 제2과산화수소공급라인(L9)을 통하여 인입되는 과산화수소와 혼합되어, 주촉매인 철성분(Fe)이 2가 철이온(Fe+2)에서 3가 철이온(Fe+3)이 되게 하여 주촉매를 재 생하고, 재생된 촉매함유 촉매액은 전처리촉매활성탑(10) 및 주촉매활성탑(20)에 공급된다.
도 1은 본 실시예의 개념흐름도.

Claims (5)

  1. 상단에 1차탈황메탄가스 배출구(14) 및 노즐부(12)가 마련되고 메탄가스가 유입되는 메탄가스입구(16)가 중간부에 마련된 전처리촉매활성탑(10);
    상단에 2차탈황메탄가스 배출구(24), 노즐부(22), 및 폴리우레탄폼층(23)이 마련되고, 상기 배출구(14)를 통하여 1차탈황메탄가스를 받아들이는 1차탈황메탄가스입구(26)가 상기 폴리우레탄폼층(23) 아래에 마련되어 있는 주촉매활성탑(20);
    폭기관(37)과 벤츄리인젝터(38)를 통하여 외부의 공기를 공급받고, 재생된 촉매액을 노즐부(12, 22)에 각각 공급하는 수단들이 구비된 촉매재생탑(30);
    상기 촉매재생탑(30)에 여과수와 함께 촉매인 철을 공급하는 수단이 구비된 촉매공급장치(40); 및
    상기 촉매재생탑(30)에 과산화수소를 공급하는 수단이 구비된 과산화수소탱크(50)를 포함하고 있는 습식탈황장치로서,
    상기 전처리촉매활성탑(10)은 상기 노즐부(12)와 상기 메탄가스입구(16) 사이에 석회석층(13)을 포함하고 있고,
    상기 주촉매활성탑(20)은 상기 1차탈황메탄가스입구(26) 밑에 마련된 저장공간(S2)에 저장된 재생촉매액을 상기 촉매재생탑(30)에 이송시키는 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 습식탈황장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과산화수소탱크(50)는 상기 전처리촉매활성탑(10)에 과산화수소를 공급하는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 습식탈황장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전처리촉매활성탑(10)은 메탄가스입구(16) 밑에 마련된 저장공간(S1)에 저장된 촉매액을 상기 노즐부(12)에 공급하기 위해, 전처리촉매활성탑(10)의 하단에 마련된 전처리촉매출구(15)에 일단이 접속되어 있고, 도중에 전처리촉매분사펌프(P3)가 개재되어 있고 타단이 상기 노즐부(12)에 접속되어 있는 전처리촉매공급라인(L3)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 습식탈황장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전처리촉매분사펌프(P3)의 하류측인 전처리촉매공급라인(L3)의 부분에는 드레인라인(L10)이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 습식탈황장치.
  5. 제3항에 있어서,
    재생된 촉매액을 노즐부(12)에 공급하는 상기 수단은 일단이 전처리촉매분사펌프(P3)의 상류측인 전처리촉매공급라인(L3)의 부분에 접속되고, 도중에 촉매순환펌프(P1)이 개재되어 있으며, 타단이 촉매재생탑(30)의 하단에 마련된 재생촉매출구(34)에 접속되어 있는 제1재생촉매공급라인(L2)을 포함하고 있고,
    상기 촉매순환펌프(P1)의 하류측인 제1재생촉매공급라인(L2)의 부분에는 일단이 폭기관(37)에 접속되어 있고 도중에 벤츄리인젝터(38)가 개재되어 있는 공기공급라인(L7)의 타단이 접속되어 있고,
    상기 촉매순환펌프(P1)의 상류측인 제1재생촉매공급라인(L2)의 부분에는 도중에 과산화수소공급펌프(P4)가 개재되어 있는 과산화수소공급라인(L4)의 부분으로서 과산화수소공급펌프(P4)의 하류측인 과산화수소공급라인(L4)의 부분에 일단이 접속되어 있는 제2과산화수소공급라인(L9)의 타단이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 습식탈황장치.
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