KR101013135B1 - 복합 악취 물질 제거장치 및 방법 - Google Patents

복합 악취 물질 제거장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 복합 악취 물질의 제거장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 수증기를 포함하는 복합 악취 물질을 유입하여 수증기 및 수분을 액화, 제거하는 수분 분리(제거)장치 및 상기 수증기 및 수분이 제거된 복합 악취 물질을 유입하여 복합 악취 물질을 응축시키는 악취물질 분리장치를 포함하는 복합 악취 물질 제거장치를 제공한다. 또한, 본 발명은 유입된 복합 악취 물질에서 수증기를 응축시켜 분리하는 제1단계 및 상기 수증기가 분리된 복합 악취 물질을 -40℃ 이하의 온도로 응축시켜 저장하고 비응축 저온 가스는 배기하는 제2단계;를 포함하는 복합 악취 물질의 제거방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 수증기(수분)가 포함된 복합 악취 물질의 저온 냉각 응축을 통해 효율적으로 분리, 제거 회수하여, 대기오염을 방지하고, 작업환경을 개선하며, 유용한 자원으로 재활용할 수 있다.

Description

복합 악취 물질 제거장치 및 방법 {APPARATUS FOR REMOVING COMPLEX ORDOR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 복합 악취 물질 제거장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합악취 물질을 수분 분리(제거)장치를 통해 미리 냉각시켜 복합악취 물질에 포함된 수증기(수분)를 먼저 제거한 다음, 저온 응축시킴으로써, 악취물질 분리장치 내에서의 수분 동결을 방지하여 수증기(수분)가 포함된 복합 악취를 효율적으로 분리,저온 응축시켜 효율적으로 제거, 회수함으로써, 대기오염을 방지하고, 작업환경을 개선하며, 유용한 자원으로 재활용할 수 있는 복합 악취 물질의 제거장치 및 방법에 관한 것이다.
복합 악취 물질은 증기압이 높아 대기 중에 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상의 모든 유기화합물을 통칭하는 것으로, 예를 들어 벤젠, 톨루엔, 스타일렌, 자일렌, 에틸렌, 포름알데히드, 아세트알데히드 등이 여기에 속한다.
복합 악취 물질은 호흡기 흡입을 통해 신경계에 장해를 일으키고, 눈의 자극, 가시거리 저하, 동식물 및 농작물에 피해를 줄뿐만 아니라 대기 중의 SO2 등을 산화시켜 산성비의 원인이 되는 황산 등의 생성을 촉진시키는 것으로 보고되고 있다. 또한, 복합악취 물질은 오존층 파괴와 지구온난화 등의 원인이 되고 있으며, 거의 대부분의 물질이 자극적이고 불쾌한 악취를 발생시켜 대기환경은 물론 석유화학 시설의 작업환경에 악영향을 미친다.
복합 악취 물질은 일반적으로 석유화합물을 많이 사용하고 있는 석유화학공장이나 석유화학제품 생산 공장 등에서 다량 배출된다. 복합 악취 물질은 폐유(폐엔진오일, 폐벙커C유 등) 등을 정제하여 연료유로 재생하는 연료유 재생공장 등 그 발생원도 다양하다. 이에 따라, 석유정제나 석유화학제품의 제조, 저장 등의 시설에는 복합 악취 물질의 배출억제 및 방지시설을 반드시 설치해야 한다고 규정하고 있다.
위와 같은 복합 악취 물질의 제거와 관련하여, 일반적으로는 흡착이나 흡수시설을 이용한 방법이 이용되어 왔다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2001-0025359호에는 휘발성 유기화합물을 유기용매로 흡수시킨 다음, 비등점 차이를 이용하여 휘발성 유기화합물을 분리 정제하는 휘발성 유기용제 처리 시스템이 제시되어 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제10-2002-0073973호에는 활성탄 필터를 이용한 휘발성 유기화합물 제거장치가 제시되어 있다. 그러나 이러한 종래의 방법은 배출허용기준 범위 500희석배수를 상회한 10,000희석배수 이상으로서 휘발성 유기화합물의 제거 효율이 떨어진다. 이에, 단순 흡착이나 흡수방법보다 연소나 화학반응을 통하여 제거하는 것이 바람직하나, 연소나 화학반응에 의한 방법은 안정성, 경제성, 특히 경제성의 문제로 실제 적용에 있어 많은 제약을 받고 있다.
또한, 복합 악취 물질 및 휘발성 유기화합물의 제거와 관련하여, 냉각 응축을 통해 회수, 제거하는 방법이 시도되고 있다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-0860791호에는 휘발성 유기화합물을 냉각 응축시켜 액상의 용제로 회수하는 휘발성 유기화합물 회수 제거기가 제시되어 있다. 이러한 냉각 응축을 이용한 방법은 흡수나 흡착방법에 비하여 휘발성 유기화합물의 제거 효율(회수율)이 좋다. 그러나 종래의 냉각, 응축 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
일반적으로 복합 악취 물질에는 기상의 유기화합물(유증기)은 물론 수증기(수분)도 포함되어 있다. 특히, 폐유의 정제시설 등에서 발생되는 복합악취가 그러하다. 폐유의 정제시설 등에서 발생되는 대부분의 복합 악취 물질은 0℃ 이하의 증기압 온도를 갖는다. 이때, 종래와 같이 복합 악취 물질을 단순히 응축기에 투입하여 0℃ 이하에서 냉각 응축시키는 경우, 복합악취에 포함된 수증기(수분)가 장치(응축기) 내에서 동결된다. 즉, 종래의 방법은 복합 악취 물질에 수증기(수분)가 포함되어 있는 경우, 수분 동결에 의해 처리가 어려워 복합 악취 물질의 효율적인 회수(제거)를 도모하지 못한 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복합악취를 미리 냉각시켜 복합 악취 물질에 포함된 수증기(수분)를 제거한 다음, 저온 응축시킴으로써, 응축기악취물질 분리장치 내에서의 수분 동결을 방지하여 수증기(수분)가 포함된 복합 악취를 효율적으로 분리, 제거 또는 회수하여 대기오염을 방지하고, 작업환경을 개선하며, 유용한 자원으로 재활용할 수 있는 복합 악취 물질 제거를 위한 장치 및 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 복합 악취 물질 제거장치는, 복합 악취 물질이 저장되는 저장 탱크와, 상기 저장 탱크에서 유입된 복합 악취 물질에 포함된 수증기가 액화되어 분리되는 수분 분리(제거)장치 상기 수분 분리(제거)장치에 의하여 수증기가 제거된 복합 악취 물질이 액화되어 비응축 저온 가스와 분리되는 악취물질 분리장치 및 상기 비응축 저온 가스를 외부로 배출하는 배기부를 포함한다.
이때, 악취물질 분리장치에서 배기된 비응축성 저온 가스 중에서 선택된 하나 이상을 수분 분리(제거)장치로 공급하여, 수분 분리(제거)장치의 냉매로 이용되도록 하는 리턴라인을 더 포함하는 것이 바람직하다. 아울러, 배기부는 상기 악취물질 분리장치의 후단에 설치된 흡수탑 및 흡착탑 중에서 선택된 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 복합 악취 물질 제거방법은 유입된 복합 악취 물질에서 수증기를 응축시켜 분리하는 제1단계 및 상기 수증기가 분리된 복합 악취 물질을 응축시켜 저장하고 비응축 저온 가스는 배기하는 제2단계를 포함한다.
이때 상기 제1단계 이전에 유입되는 복합 악취 물질을 예냉시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고 제1단계에서의 수증기 및 수분은 순환하는 냉매와 열교환하여 액화되고, 상기 냉매는 상기 제2단계에서 배출된 비응축 저온 가스를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 복합 악취 물질을 예냉시키는 단계에서 사용되는 냉매는 제1단계에서 냉매로 사용되고 배출된 비응축 저온 가스로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 수증기(수분)가 포함된 복합 악취 물질을 저온 냉각 응축을 통해 효율적으로 분리, 제거하여 응축된 액상을 회수하는데 효과를 갖는다. 구체적으로, 수분 분리(제거)장치를 통해 복합 악취 물질에 포함된 수증기를 먼저 액화, 분리하여 제거한 다음, 악취물질 분리장치를 통해 복합 악취 물질을 응축시켜 제거함으로 인하여, 악취물질 분리장치 내에서의 수분 동결이 방지되어 수증기(수분)가 포함된 복합 악취 물질을 효율적으로 분리, 제거하여 액상을 회수하는데 효과를 갖는다.
또한, 복합 악취 물질이 수분 분리(제거)장치를 통과하면서 예냉되어 악취물질 분리장치에서 효율적인 냉각이 가능해지는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합 악취 물질의 제거장치 및 방법을 보인 구성도이다.
도 2는 복합 악취 물질의 일부 포화증기압 곡선이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 복합 악취 물질 제거장치를 보인 구성도이다.
도 4는 본 발명에 사용되는 수분 분리(제거)장치의 바람직한 구현예를 보인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 복합 악취 물질 제거장치를 보인 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합 악취 물질의 제거장치를 보인 구성도이다.
먼저, 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 복합 악취 물질의 제거장치(이하, '제거장치'라 약칭한다.)는 수분 분리(제거)장치(10)와, 상기 수분 분리(제거)장치(10)의 후단에 설치된 악취물질 분리장치(20)를 포함한다.
본 발명에서 처리대상이 되는 복합 악취 물질은 증기압이 높아 대기 중에 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상의 모든 유기화합물을 포함하며, 예를 들어 석유화학공장, 석유정제공장, 석유화학제품 생산 공장, 폐유(폐엔진오일, 폐벙커C유 등) 등을 정제하여 연료유로 재생하는 연료유 재생공장 등에서 발생되는 모든 석유계 화합물을 포함한다.
구체적인 예를 들어, 본 발명에서 처리대상이 되는 복합 악취 물질은 벤젠, 톨루엔, 스타일렌, 자일렌, 에틸렌, 포름알데히드 및 아세트알데히드 등을 들 수 있으나, 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.
상기 수분 분리(제거)장치(10)에는 수분을 포함하는 복합 악취 물질이 유입라인(L1)으로 통하여 유입된다.
구체적으로, 상기 복합 악취 물질은 수증기 이외에 그 발생원에 따라 공기(Air) 등의 기상 성분, 액상의 복합 악취 물질 및 액상의 수분 등이 더 포함될 수 있다. 또한, 악취 성분(예를 들어, 메르캅탄 등)이 더 포함될 수도 있다.
상기 악취물질 분리장치(20)는 복합 악취 물질을 증기압 이하의 저온으로 냉각시켜 액상으로 응축시킨다. 이때, 악취물질 분리장치(20)에 유입된 복합 악취 물질에 수증기가 포함된 경우, 수증기가 냉각에 의해 악취물질 분리장치(20) 내에서 동결될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 본 발명에 따라서 상기 복합 악취 물질은 수분 분리(제거)장치(10)를 통해 미리 냉각시켜 수증기(수분)를 분리, 제거한 다음 악취물질 분리장치(20)로 유입시킨다.
따라서 수분 분리(제거)장치(10)는 상기한 바와 같이 복합 악취 물질 중의 수증기 및 수분을 액화시켜 분리, 제거하는 역할을 수행함과 동시에 복합 악취 물질을 미리 예냉 시키는 역할을 수행하게 된다.
상기 수분 분리(제거)장치(10)는 복합 악취 물질이 유입되어 수증기 및 수분이 냉각되는 냉각조(12)와, 상기 냉각조(12)에 내설된 적어도 하나 이상의 열교환기(13)를 포함한다. 이때, 상기 열교환기(13)는 도면에 예시한 바와 같이 코일(coil) 형상을 가질 수 있으며, 여기에는 냉매가 공급된다.
상기 수분 분리(제거)장치(10)에 공급되는 냉매, 즉 상기 열교환기(13)에 공급되는 냉매는 복합 악취 물질에 포함된 수증기를 액상으로 냉각시킬 수 있는 온도를 가지는 유체이면 제한되지 않는다.
이때, 냉매는 열교환기(13)를 계속적으로 순환하여도 좋다. 상기 냉매는 특별히 한정하는 것은 아니지만 20℃ 이하의 온도를 가지는 유체를 사용할 수 있다. 상기 냉매는, 예를 들어 물 및 유기용제 등으로부터 선택된 액상의 저온 유체나 냉각 공기, 이산화탄소, 암모니아, 프레온(예를 들어 R-22, R-404a 등) 및 탄화수소(예를 들어 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 이소부탄, 프로필렌 등) 등으로부터 선택된 기상의 저온 유체가 사용될 수 있으나, 이들에 의해 제한되는 것은 아니며, 악취물질 분리장치(20)에서 배출된 비응축성 저온 가스가 사용될 수 있다.
상기 수분 분리(제거)장치(10)의 하단에는 액체배출라인(L2)이 설치될 수 있는데 이러한 액체배출라인(L2)을 통해 상기 수분 분리(제거)장치(10)에서 냉각된 수증기, 즉 액상의 수분이 배출된다.
이때, 배출된 수분은 별도의 저장조에 회수될 수 있다. 아울러, 수분 분리(제거)장치(10)에 유입된 복합 악취 물질에 액상의 성분(수분이나 유기용제 등)이 포함되어 있는 경우, 냉각된 수증기(수분)는 물론, 상기 액상의 성분(수분이나 유기용제 등)도 액체배출라인(L2)을 통해 배출될 수 있다.
본 발명에서, 상기 수분 분리(제거)장치(10)는 복합 악취 물질 중에 포함된 수증기를 액화시켜 제거하는 것이면 본 발명에 포함한다. 부가적으로, 수분 분리(제거)장치(10)는 유입된 복합 악취 물질에 액상의 성분(수분이나 유기용제 등)이 더 포함된 경우, 상기 액상의 성분 중 적어도 수분은 분리, 제거하는 기능을 담당한다. 즉, 악취물질 분리장치(20)에는 수분 분리(제거)장치(10)를 통해 수분이 제거된 복합 악취 물질이 공급된다.
위와 같이, 수분 분리(제거)장치(10)를 통해 수증기(수분)가 제거된 복합 악취 물질은 악취물질 분리장치(20)로 공급된다. 복합 악취 물질은 수분 분리(제거)장치(10)와 악취물질 분리장치(20)를 연통하는 흐름라인(L3)을 통해 악취물질 분리장치(20)로 공급될 수 있다.
악취물질 분리장치(20)는 증기압 이하의 저온으로 유지되어 유입된 복합 악취 물질을 냉각, 응축시킨다. 이때, 유입된 복합 악취 물질의 종류(또는 그 발생원)에 따라 다를 수 있지만, 악취물질 분리장치(20)는 예를 들어 0℃ 이하의 온도, 바람직하게는 -20℃ 이하의 온도, 보다 바람직하게는 -40℃ 이하의 온도로 유지될 수 있다.
구체적인 범위를 예시하자면, 악취물질 분리장치(20)는 유입되는 복합 악취 물질의 종류(또는 발생원)에 따라 -60℃ ~ 0℃의 범위 내에서, 바람직하게는 -60℃ ~ -20℃의 범위 내에서, 보다 바람직하게는 -60℃ ~ -40℃의 범위 내에서 유지될 수 있다.
도 2는 석유화학 시설에서 주로 배출되고 있는 복합 악취 물질의 포화증기압 곡선이다. 복합 악취 물질은, 주위 압력에 따라 다를 수 있지만 도 2에 보인 바와 같이 대부분 -40℃(증기압) 이상에서 휘발된다. 따라서 수분 분리(제거)장치(10)를 수증기(수분)이 제거된 복합악취 물질은 -40℃ 이하의 저온으로 유지하면, 석유화학 시설에서 발생되는 대부분의 복합 악취 물질을 효율적으로 응축 처리할 수 있다.
악취물질 분리장치(20)는 상기한 바와 같이 복합 악취 물질을 저온 응축시키는 것으로서, 이러한 악취물질 분리장치(20)에는 냉매가 공급되어 열교환을 통해 응축시킨다. 구체적인 구현예에 따라서, 상기 악취물질 분리장치(20)는 수분(수증기)이 제거된 복합 악취 물질이 유입되어 냉각, 응축되는 응축조(22)와, 상기 응축조(22)에 내설된 적어도 하나 이상의 열교환기(24)를 포함한다. 이때, 상기 열교환기(24)는 도면에 예시한 바와 같이 코일(coil) 형상을 가질 수 있으며, 여기에는 냉매가 공급된다.
상기 악취물질 분리장치(20)에는 공급되는 냉매, 즉 상기 열교환기(24)에 공급되는 냉매는 복합 악취 물질을 증기압 이하의 저온으로 유지시켜 응축시킬 수 있는 온도를 가지는 유체이면 제한되지 않는다. 상기 냉매는 구체적으로 0℃ 이하의 온도, 바람직하게는 -20℃ 이하의 온도, 보다 바람직하게는 -40℃ 이하의 온도를 가지는 저온 유체를 사용할 수 있다. 상기 냉매는, 예를 들어 이산화탄소, 암모니아, 프레온(예를 들어 R-22, R-404a 등) 및 탄화수소(예를 들어 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 이소부탄, 프로필렌 등) 등으로부터 선택된 기상의 저온 유체가 사용될 수 있으나, 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 악취물질 분리장치(20)에는 회수라인(L4)이 설치될 수 있다. 회수라인(L4)은 예를 들어 악취물질 분리장치(20)의 하단에 설치될 수 있다. 악취물질 분리장치(20)에서 응축된 액상의 응축물(용매)은 상기 회수라인(L4)을 통해 배출되며, 배출된 응축물(용매)은 용매 저장조에 회수될 수 있다.
아울러, 상기 악취물질 분리장치(20)에는 제1리턴라인(L5, return Line)이 설치될 수 있다. 악취물질 분리장치(20)에 유입된 복합 악취 물질에 공기(air) 등의 비응축성 저온 가스가 포함되어 있는 경우, 상기 비응축성 저온 가스는 제1리턴라인(L5, return Line)을 통해 수분 분리(제거)장치(12)로 배기되어 냉매로 사용된다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 제거장치를 보인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제거장치는 수분 분리(제거)장치(10)의 선단에 설치된 필터(30)를 더 포함할 수 있다. 상기 필터(30)는 수분 분리(제거)장치(10)에 유입되는 복합 악취 물질에 이물질(고형분 등)이 포함된 경우, 상기 이물질(고형분 등)을 제거한다.
또한, 필터(30)는 복합 악취 물질 중의 이물질은 물론, 액상의 성분(수분이나 유기용제 등)도 제거할 수 있는 기-액 분리능을 가져도 좋다. 필터(30)는 장치 내에 하나 또는 둘 이상 다수 개가 설치될 수 있다. 도 3에서는 수분 분리(제거)장치(10)의 선단에 1개의 필터(30)가 설치된 모습을 예시하였다.
또한, 악취물질 분리장치(20)에서는 복합 악취 물질이 응축된 응축물(용매)이 회수라인(L4)을 통하여 배출된다.
아울러, 유입된 복합 악취 물질에 공기 등의 비응축성 저온 가스가 포함된 경우, 상기 비응축성 저온 가스는 배기라인(Lv)을 통하여 외부로 배기될 수 있다. 이때, 상기 배기라인(Lv)는 상기 리턴라인(L5)과 연결되어 상기 악취물질 분리장치(20)에서 배기된 비응축성 저온 가스를 수분 분리(제거)장치(10)의 냉매로 이용되도록 수분 분리(제거)장치(10)로 공급하도록 구성될 수도 있다.
더욱 자세하게는 상기 배기라인의 밸브(V2)에 의해 가스 흐름을 차단하여 악취물질 분리장치(20)에서 배출되는 비응축성 저온 가스를 수분 분리(제거)장치(10)의 냉매로 사용할 수 있고, 배출되는 가스의 양이 너무 많은 경우에는 상기 제1리턴라인 밸브(V2)에 의해 가스 흐름을 차단하여 비응축성 저온 가스의 일부 또는 전부를 배기라인(Lv)을 따라 외부로 배출할 수도 있다.
따라서 악취물질 분리장치(20)에서 배기된 비응축성 저온 가스는, 그의 일부 또는 전부가 리턴라인(L5)을 따라 수분 분리(제거)장치(10)로 리턴되어 수분 분리(제거)장치(10)의 냉매로 이용될 수 있다.
이와 같이 악취물질 분리장치(20)에서 배출된 비응축 저온 가스를 재활용함으로써 제거장치 내의 동력을 줄일 수 있다.
이때, 리턴라인(L5)을 따라 수분 분리(제거)장치(10)로 공급되는 저온 유체, 즉 악취물질 분리장치(20)에서 발생된 비응축성 저온 가스는 특별히 한정하는 것은 아니지만 20℃ 이하, 보다 구체적으로는 -40℃ ~ 20℃의 온도를 가질 수 있다. 일례로, 악취물질 분리장치(20) 내의 온도가 -40℃로 유지된 경우, 리턴라인(L5)을 따라 수분 분리(제거)장치(10)로 공급되는 비응축성 저온 가스는 약 -30℃가 될 수 있다.
도 4는 본 발명에 사용되는 수분 분리(제거)장치(10)의 바람직한 구현예를 보인 구성도이다.
상기 수분 분리(제거)장치(10)는 크게 복수 개의 유입 헤더파이프(14)와 일체로 형성된 순환 헤더파이프(15) 및 상기 유입 헤더파이프(14)와 순환 헤더파이프(15)와 연결된 열교환 세관(19)을 포함한다.
하부에 형성된 유입 헤더파이프(16)(17)는 각각 냉매가 유입되는 냉매 유입헤더(16a)(17a)가 형성되어 있다.
상기 복수 개의 유입 헤더파이프 중 가장 상측에 형성된 유입 헤더 파이프(18)는 유입헤더가 대신 상측에 냉매 배출헤더(18a)가 형성되어 있다.
따라서 복수개의 유입 헤더파이프(16)(17)에서 유입된 냉매가 열교환 세관(19)을 통하여 순환 헤더파이프(15)로 이동하고, 상기 순환 헤더 파이프(15)로 이동한 냉매는 상기 최상측에 형성된 유입 헤더파이프(18)로 전달되어 상기 냉매 배출헤더(18a)를 통해 외부로 배출된다.
따라서 상기 수분 분리(제거)장치의 냉매로 비응축 저온 가스가 사용되는 경우에도 상기 유입헤더로 유입된 기체가 바로 상승하여 배출헤더로 배출되지 않고 상기 순환 헤더파이프(15)를 거쳐 전체적으로 순환한 뒤 배출되는 장점이 있다.
이러한 구성에 의하여 본 발명의 실시예에 따른 수분 분리(제거)장치는 하나 이상의 열교환기(13)를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.(이때 상기 열교환기는 각각의 유입 헤더파이프와 순환 헤더파이프에 연결된 열교환 세관이 모듈화된 개념으로 정의한다). 이때 상기 열교환기(13)는 냉각조(12) 내부에 2개 이상 설치된 것이 좋다. 도 4에서는 3개의 열교환기(13)가 설치된 모습을 예시하였다.
구체적으로, 도 4에서는 제1열교환기(13-1), 제2열교환기(13-2) 및 제3열교환기(13-3)가 순차적으로 설치된 모습을 예시하였다. 이때, 하측에 형성된 열교환기(13-2)(13-3) 중 어느 하나에서 냉매가 공급되는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하여 상기 열교환기 중에서 하나(13-3)가 성능을 발휘하지 못하는 경우 나머지 열교환기(13-3)에 냉매를 공급하여 원활한 냉각이 이루어질 수 있는 장점이 있다.
이 경우 냉매는 하부에서 유입되어 상부로 배출되므로 복합 악취 물질이 상부에서 유입되어 하부로 배출되는 과정에서 수증기(수분)가 순차로 냉각되는 장점이 있다. 이 경우 복합 악취 물질에 수증기(수분)가 포함되지 않은 경우에도 어느 정도 예냉이 가능함은 물론이다.
상기 냉각조(12)의 상부에는 복합 악취 물질 유입구(12a)가 형성되고, 냉각조(12)의 하부에는 액체배출구(12b) 및 기체배출구(12c)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 유입구(12a)는 도 3의 유입라인(L1)과 연결되고, 상기 액체배출구(12b)는 액체배출라인(L2)과 연결되며, 상기 기체배출구(12c)는 흐름라인(L3)과 연결된다.
또한, 상기 냉각조(12)의 하부 바닥에는 액체배출구(12b)가 형성되고, 하부 측면에는 기체배출구(12c)가 형성되며, 상기 기체배출구(12c)를 통하여 액체(수분 등)가 배출되지 않도록 하는 차단수단(12d)이 설치될 수 있다. 상기 차단수단(12d)은 도 4에 예시한 바와 같이 냉각조(12)의 바닥으로부터 상향 설치된 차단판으로 구성될 수 있다.
이때 상기 차단판(12d)은 상기 수분 분리(제거)장치(10)의 하면을 기준으로 수직하게 형성되고, 소정의 높이로 형성되어 액체 저수부(12e)와 기체 포집부(12f)가 구획되는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수분 분리(제거)장치(10)를 통해 수증기(수분)를 먼저 제거한 다음, 악취물질 분리장치(20)를 통해 복합 악취 물질을 응축시켜 회수함으로 인하여, 악취물질 분리장치(20) 내에서의 수분 동결이 방지되어 수증기(수분)가 포함된 복합 악취 물질을 효율적으로 분리, 제거 및 회수할 수 있다.
이에 따라, 복합 악취 물질에 따른 대기오염이나 작업환경을 개선할 수 있으며, 상기 복합 악취 물질을 용매로 회수하여 유용한 자원으로 재활용할 수 있다.
본 발명에 따른 제거장치는, 예를 들어 석유화학공장, 석유정제공장, 석유화학제품 생산 공장, 폐유(폐엔진오일, 폐벙커C유 등) 등을 정제하여 연료유로 재생하는 연료유 재생공장 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 연료유 재생공장 등에서 배출되는 배출물에는 복합 악취 물질은 물론 폐수등이 포함되어 있다. 본 발명에 따른 제거장치는 이러한 배출물을 처리하는 데에 유용하게 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 제거장치를 보인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 일반적으로 연료유 재생공장 등에는 폐수 저장탱크(1)가 설치되고 있다. 이때, 상기 폐수 저장탱크(1)에는 정제설비, 반응설비 등에서 배출된 것으로서, 폐수와 함께 수증기를 포함하는 복합 악취 물질이 저장되어 있다. 본 발명에 따른 제거장치는 이러한 폐수 저장탱크(1)의 후단에 연계되어 설치될 수 있다.
구체적으로, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 제거장치는 수분 분리(제거)장치(10), 상기 수분 분리(제거)장치(10)의 후단에 설치된 악취물질 분리장치(20)를 포함하되, 상기 수분 분리(제거)장치(10)는 유입라인(L1)을 통해 폐수 저장탱크(1)와 연결될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 제거장치는 수분 분리(제거)장치(10)의 선단에 설치된 필터(30)를 포함할 수 있는데, 이때 상기 필터(30)는 폐수 저장탱크(1)와 수분 분리(제거)장치(10)의 사이에 설치될 수 있다.
상기 필터(130)는 앞서 설명한 바와 같이 복합 악취 물질 중의 이물질(고형분)을 제거함은 물론 복합 악취 물질 중에 포함된 액상의 성분을 제거할 수 있다. 필터(130)를 통해 제거된 액상의 성분은 배출라인(L9)을 통해 제3회수조(115)에 저장될 수 있다.
상기 수분 분리(제거)장치(10)를 통해 수증기(수분)가 제거된 복합 악취 물질은 흐름라인(L3)을 따라 악취물질 분리장치(20)로 유입되며, 악취물질 분리장치(20)에서 응축된 응축물(용매)은 회수라인(L4)을 따라 제2 회수조(25)에 저장된다.
또한, 수분 분리(제거)장치(10)에서 제거된 액상 성분(수분, 유기용제 등)은 액체배출라인(L2)을 따라 제1 회수조(15)에 저장된다. 이때 상기 흐름라인(L3)의 말단에는 악취물질 분리장치(20)로 유입되는 액체(수분)을 필터링하여 제1 회수조(15)에 저장하는 세퍼레이터(80)가 더 구성될 수 있다.
아울러, 전술한 바와 같이, 악취물질 분리장치(20)에서 비응축된 가스는 제1 리턴라인(L5)을 따라 수분 분리(제거)장치(10)로 공급되어 냉매로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제거장치는 악취물질 분리장치(20)에서 미처리된 가스를 활성탄을 통해 처리하기 위한 흡착탑(50)이나 미처리된 가스를 기-액 접촉을 통해 처리하기 위한 흡수탑(70)과 가스온도 조절기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
가스온도 조절기는 수분 분리(제거)장치(10)와 악취물질 분리장치(20)에서 배기된 가스의 온도를 조절하여 흡착탑(50)이나 흡수탑(70)의 최적 처리 효율을 갖게 위해 설치된다. 악취물질 분리장치(20)에서는 미처리(미응축)된 복합 악취 물질이 배출될 수 있는데, 이들은 배기라인(Lv)을 통과한 다음, 가스 흐름라인(L7)을 따라 가스온도 조절기로 공급될 수 있다.
상기 흡착탑(50)과 흡수탑(70) 사이에는 블로워(60)가 더 포함할 수 있다. 블로워(60)는 예를 들어 흡착탑(50)과 흡수탑(70)의 사이에 설치되어, 수분 분리(제거)장치(10)와 악취물질 분리장치(20)에서 배기된 가스를 끌어당겨 배기된 가스가 정체되는 것을 방지하며, 가스를 흡수탑(70)으로 밀어내어 외부로 배출이 용이하도록 하는 기능을 수행한다.
아울러, 제거장치는 바람직한 구현예에 따라서 예냉기(120) 및 제2리턴라인(L120)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2리턴라인(L120)은 수분 분리(제거)장치(10)에서 배출된 비응축성 저온 가스를 예냉기(120)로 공급한다.
또한, 상기 예냉기(120)는 수분 분리(제거)장치(10)의 선단에 설치되어, 폐수 저장탱크(1)에서 유입된 복합 악취 물질을 수분 분리(제거)장치(10)로 공급되기 이전에 미리 냉각시키는 역할을 한다.
이때 도 5에는 상기 예냉기(120)가 상기 필터(30)와 폐수 저장탱크(1) 사이에 위치하도록 구성되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 수증기 냉각장치(10)의 선단에 형성되어 있으면 족하다.
구체적으로, 예냉기(120)는 폐수 저장탱크(1)의 복합 악취 물질을 유입시켜 제2리턴라인(L120)의 저온 가스에 의한 열교환을 통해 복합 악취 물질을 1차 냉각시킨 다음, 수분 분리(제거)장치(10)로 공급되게 한다. 예냉기(120)를 통과한 비응축성 저온 가스는 토출라인(L7)를 통하여 상기 흡수탑(70)으로 이동하여 외부로 배출된다.
상기에서 설명한 예냉기(120), 필터(130) 및 리턴라인(L120)을 더 포함하는 경우, 보다 효율적인 처리를 도모할 수 있다. 구체적으로, 폐수 저장탱크(1)에 저장된 복합 악취 물질을 수분 분리(제거)장치(10)에 유입시키기 이전에 제2리턴라인(L120)의 비응축성 저온 가스를 이용하여 예냉기(120)에서 미리 온도를 하락시켜 수분 분리(제거)장치(10)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 필터(30)는, 이물질은 물론 액상의 성분을 제거하여 수분 분리(제거)장치(10)에는 가능한 한 기상의 성분만 유입되도록 할 수 있어, 수분 분리(제거)장치(10) 및 악취물질 분리장치(20)의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 복합 악취 물질의 제거 방법은 유입된 복합 악취 물질에서 수증기를 응축시켜 분리하는 제1단계 및 상기 수증기가 분리된 복합 악취 물질을 응축시켜 저장하고 비응축 저온 가스는 배기하는 제2단계를 포함하며, 상기 각 단계는 이미 설명한 바와 동일하므로 중복을 피하기 위하여 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
10 : 수분 분리(제거)장치 12 : 냉각조
13, 24 : 열교환기 20 : 악취물질 분리장치
22 : 응축조 30 : 필터
40 : 가스온도 조절기 50 : 흡착탑
60 : 블러워 70 : 흡수탑
120: 예냉기

Claims (10)

  1. 복합 악취 물질이 저장되는 저장 탱크;
    상기 저장 탱크에서 유입된 복합 악취 물질에 포함된 수증기 및 수분이 액화되어 분리되는 수분 분리장치;
    상기 수분 분리장치에 의하여 수증기 및 수분이 제거된 복합 악취 물질이 액화되어 비응축 저온 가스와 분리되는 악취물질 분리장치; 및
    상기 악취물질 분리장치에서 배출되는 비응축 저온가스를 상기 수분 분리장치로 유입시키는 제1 리턴라인을 포함하는 복합 악취 물질 제거장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저장탱크는 복합 악취 물질 및 폐수가 저장되고, 상기 저장탱크에서 배출되는 복합 악취 물질 중 액체 또는 폐수는 상기 수분 분리장치의 상단에 위치한 하나 이상의 필터에 의하여 걸러져 회수조에 저장되는 복합 악취 물질 제거장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수분 분리장치는 복수 개의 유입 헤더파이프와 상기 유입 헤더파이프와 이격 형성된 순환 헤더파이프 및 상기 유입 헤더파이프와 순환헤더파이프에 연결된 복수개의 열교환 세관을 포함하며, 상부에 형성된 유입 헤더파이프에는 냉매 배출헤더가 형성되고 나머지 유입 헤더파이프에는 냉매 유입헤더가 형성되며, 하단에는 액체 저수부와 기체 포집부가 차단판에 의하여 구획되고, 각각 배출구가 형성된 복합 악취 물질 제거장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 악취물질 분리장치에는 -60 ~ -40℃의 온도를 갖는 냉매가 유입되는 복합 악취 물질 제거장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수분 분리장치 선단에 형성되는 예냉기 및 상기 수분 분리장치에 유입된 비응축 저온 가스가 배출되어 상기 예냉기로 유입되는 제2 리턴라인이 더 포함되는 복합 악취 물질 제거장치.
  7. 유입된 복합 악취 물질에서 수증기 및 수분을 응축시켜 분리하는 제1단계; 및
    상기 수증기가 분리된 복합 악취 물질을 -40℃ 이하의 온도로 응축시켜 저장하고 비응축 저온 가스는 배기하는 제2단계;를 포함하되,
    상기 제1단계에서 수증기 및 수분은 순환하는 냉매와 열교환하여 액화되고, 상기 냉매는 상기 제2단계에서 배출된 비응축 저온 가스를 포함하는 복합 악취 물질 제거 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1단계 이전에 유입되는 복합 악취 물질을 예냉시키는 단계를 더 포함하는 복합 악취 물질 제거 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서, 상기 복합 악취 물질을 예냉시키는 단계에서 사용되는 냉매는 제1단계에서 냉매로 사용되고 배출된 비응축 저온 가스인 복합 악취 물질 제거 방법.
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