KR101097874B1

KR101097874B1 - 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치

Info

Publication number: KR101097874B1
Application number: KR1020110051517A
Authority: KR
Inventors: 조혜연
Original assignee: (주)청암휴엔텍
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2011-12-23
Also published as: WO2012165783A2; WO2012165783A3

Abstract

본 발명에 따른 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치는 산화 리액터를 사용하여 이산화탄소로 변환하는 방식을 적용하고 있는 총유기탄소 측정 장치로서, 리액터(20)와, 상기 리액터(20)의 내부에 삽입되고 그 하단에는 시브(24)가 설치되는 원통형의 프로텍션 튜브(22)와, 상기 원통형의 프로텍션 튜브(22)에 충진되는 세라믹 볼(26), 및 섭씨 1,200 ± 200 온도로 조절하는 히터와 상기 히터에 전류를 공급하는 온도 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치는 종래의 촉매 방식이 섭씨 600 ~ 1,000도로 제어하는 것에 비하여 1,200 ± 200 도로 온도를 높게 제어하고 세라믹 볼을 프로텍션 튜브 내에 충진시킴으로써 백금과 같은 촉매를 사용하지 않으면서도 온도가 균일하게 프로텍션 튜브내에서 분포되도록 하여 염분이 결정을 형성하지 않도록 하고 기화를 촉진시켜 TOC 측정에 문제가 없다. 따라서, 촉매를 사용하지 않아 유지보수 부담이 획기적으로 개선된 무촉매 열연소 세라믹 총유기탄소 측정 장치가 제공된다.

Description

세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치{Total organic carbon measuring device without using of catalyst by adopting of ceramic ball and heat combustion}

본 발명은 유기 탄소 함유량 측정에 관한 것으로 더 상세하게는 촉매를 사용하지 않아 유지보수 비용이 저렴한 무촉매 열연소 총유기 탄소 함유량 측정 장치에 관한 것이다.

의료제조용 물, 반도체용 처리수, 냉각수, 보일러수, 강물, 수돗물, 하폐수 처리장의 유입수/방류수에 포함된 유기물질의 양을 알아내게 된다. 총 유기 탄소((Total Organic Carbon: 이하 TOC라 칭함)는 샘플 수 내에 포함되어 있는 유기물질을 1,000℃ 이상의 고열이 가해지는 산화 리액터를 사용하여 이산화탄소로 변환하는 과정과, CO나 CO2 등 가스상 물질들이 적외선(Infrared light)에 대해 특정한 흡수스펙트럼을 갖는 것을 이용해서 특정성분의 농도를 구하는 방법으로 대기 및 굴뚝가스중의 오염물질을 연속적으로 측정하는 NDIR(Non-dispersive infrared absorption) 분석법을 사용하여 이산화탄소의 농도를 측정하게 된다.

이러한 종래의 TOC 측정 장치는 백금 촉매와 같은 고가의 촉매를 사용하게 되는데 순수한 물이 아닌 염분이 섞인 물에 대한 측정을 하는 과정에서 촉매에 염분이 붙으면서 오염되어 주기적으로 촉매를 교환하여야 하므로 유지 보수 비용이 높다는 문제점이 있다.

유기 탄소 함유량을 측정하는 종래의 다른 기술로 알려져 있는 것은 수용액, 특히 폐수나 물 자체를 이용한 수용액을 화로 안에서 유기 탄소 총함유량(Total Organic Carbon : 이하 TOC라 칭함)의 결정을 목표로 소각한다는 것과, 그리고 소각용 가스가 합성물의 입증을 위한 적절한 탐지물건이라는 것인데, 이것은 수용액의 유기 탄소의 함유량에 대한 추정을 허용하기 때문이다. 이런 소각과정은 통상적으로 대략 섭씨 600 도에서 850도, 최대 950도 사이 온도 속에서 실행되고 있다. 여기에 투입된 화로는 일반적으로 전압 220V로 가동되고 가열코일로써는 Ta-코일을 사용한다. 소각은 적합한 촉매제와 함께 이루어지고 그래서 또한 열-촉매적 변환이라 지칭되고 있다.

독일 공개 특허 제 DE 44 12 778 C1 에서는 입자가 함유된 수용성 시료의 분석에 대한 하나의 방식이, 특히 유기 탄소결정에 대한 방식으로 알려져 있다. 거기에서 이 시료는 첫 소각공간에 분사되고, 이 공간은 배정된 가열장비를 통해서 대략 섭씨 1000도 정도로 가열되며, 이를 통해서 시료는 증발되고 소각된다. 완전한 소각이 이루어진 후에 첫 번째 소각공간의 가열장비는 가동을 멈추고 이 공간을 식히게 된다. 그리고 소각가스는 배정된 촉매제와 함께 수평적으로 이어지는 두 번째 소각공간으로 진행해서 섭씨 800도와 950도 사이의 영역 안에서 가열상태에 놓이게 된다. 이 소각공간은 이런 순서에 의해서 L자형 석영유리관을 통해서 만들어진다. 이러한 소각 이후 공간은 산화-촉매제와 함께 예를 들어서 구리산화물로 채워진다.

하지만, 상기와 같은 종래의 방식은 아래로 내려가면서 온도가 낮아져 염분이 쌓이게 된다는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 다른 기술이 유럽 공개 특허 EP 1 055 927 A1에 개시되어 있다. 상기 공개 특허에 따르면 한편으로는 근본적으로 열-촉매적 방식의 변환으로부터 벗어나서 촉매제의 사용을 배제한 순수한 열 변환을 수행하기 위하여 소각온도를 섭씨 1,000도 이상 그리고 선호하기는 1,200도 이상으로 올리고 있다. 상기 공개 특허에서는 시료의 염분-성분을 손쉽게 제거할 수 있기 위해서 화로의 끝까지 "지나면서 녹도록" 의도한다. 알려진 방식에서 요구되었던 촉매제를 사용하지 않음에 따라 비용절감과 더불어 유지 보수가 줄어들게 된다. 또한, 상기 공개 특허에 따르면 오로지 탄소성분결정에만 쓰이는 시료는 선호되는 섭씨 1200도 이상의 소각온도에 상응하는 온도를 유지하는 소각로영역 안으로 직접적인 분사를 통해서 뿌려진다. 동시에 질소성분결정을 희망하는 이 방식의 선택적인 실행에 있어서는 두-단계-방식이 적용되는데, 시료는 먼저 최대 섭씨 800도를 유지하는 첫 변환영역으로 가져가고, 이어서 선호되는 섭씨 1,200도 이상의 본래적인 고온-변환영역으로 가져간다. 거기에서 더 낮은 온도의 첫 번째 영역은 환원구역으로써 쓰인다. 이런 새로운 방식의 실행을 위한 하나의 새로운 장치가 제시되는데, 이것의 본질적인 요소는 지속적으로 고온에 견디는, 특히 칸탈-피브로탈 (Kanthal-Fibrothal) 재질로 된 가열 부재들을 갖춘 소각화로를 사용한다. 이 소각화로는 섭씨 1200도 이상을 유지하는 것을 선호하는 고온변환-구역과 함께 동시적인 질소성분결정을 가능하게 하는 장점 있는 실행에 있어서 본질적으로 낮은 온도인 섭씨 800도 이하로 유지하는 첫 번째 구역과는 구분되는 두 번째 구역을 보여주고 있다. 이 구역은 선택적으로 고온 이상으로 혹은 이하로 배치할 수 있다. 전체적으로 화로는 선호되기는 수직적인 구조인데, 마찬가지로 길이가 긴 실린더 같은 세라믹반응장치의 반입을 위한 수직적으로 배치된 반입공간을 갖는다. 이 속으로 화로 상부로부터 조사하게 되는 시료를 주사하고 운반가스가 주입되게 된다.

하지만 상기와 같은 종래의 방식은 실제로 가열 부재 부근의 온도는 1200도 이상으로 지나치게 높고 중앙부에는 750도 ~ 800도 정도로 온도가 낮아 균등하게 온도가 분포되지 않아 튜브 내에서의 기화 작용이 원활하지 않음에 따라 소망하는 작용 효과가 일어나지 못한다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 촉매를 사용하지 않고 1,200도 정도의 고온이 고르게 분포할 수 있도록 하여 기화가 충분히 수행되고 내부에서 염분이 응결되지 않도록 하는 무촉매 세라믹 총유기탄소 측정 장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치는 산화 리액터를 사용하여 이산화탄소로 변환하는 방식을 적용하고 있는 총유기탄소 측정 장치로서,

원통형의 몸체를 구비하고 상기 몸체의 하부는 하단으로 갈수록 좁아지는 튜브 형태로 이루어지는 리액터(20)와,

상기 리액터(20)의 내부에 삽입되고 그 하단에는 시브(24)가 설치되는 원통형의 프로텍션 튜브(22),

상기 원통형의 프로텍션 튜브(22)에 충진되는 세라믹 볼(26), 및

섭씨 1,200 ± 200 온도로 조절하는 히터와 상기 히터에 전류를 공급하는 온도 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 세라믹 볼(26)은,

상기 프로텍션 튜브(22)의 바닥에서 상부쪽으로 갈수록 입자 크기가 작아지는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 프로텍션 튜브(22)는 상기 히터(28)의 상단부 아래 일정 길이까지로 짧게 구성되며 상기 세라믹 볼(26)은 상기 히터의 상단부 아래 일정 길이까지를 채워진 것도 가능하다.

본 발명에 따르면 종래의 촉매 방식이 섭씨 600 ~ 1,000도로 제어하는 것에 비하여 1,200 ± 200 도로 온도를 높게 제어하고 세라믹 볼을 프로텍션 튜브 내에 충진시킴으로써 백금과 같은 촉매를 사용하지 않으면서도 온도가 균일하게 프로텍션 튜브내에서 분포되도록 하여 염분이 결정을 형성하지 않도록 하고 기화를 촉진시켜 TOC 측정에 문제가 없다. 따라서, 촉매를 사용하지 않아 유지보수 부담이 획기적으로 개선된 무촉매 열연소 세라믹 총유기탄소 측정 장치를 제공한다.

도 1은 종래의 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치의 구조를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치의 구조를 나타낸 분해 사시도,
도 3은 도 2의 리액터가 조립된 상태를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치의 구조를 나타낸 단면도, 및
도 5는 본 발명에 따른 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치와 세라믹볼을 적용하지 않은 경우의 성능을 비교 평가한 실험 결과로서 TOC 측정 데이터를 나타낸 그래프.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치의 구조를 분해 사시도로써 나타내었으며, 도 3에는 도 2의 리액터가 조립된 상태를 단면도로써 나타내었다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치는

산화 리액터를 사용하여 이산화탄소로 변환하는 방식을 적용하고 있는 총유기탄소 측정 장치로서,

상기 리액터(20)의 내부에 삽입되고 그 하단에는 시브(24)가 설치되는 원통형의 프로텍션 튜브(22)와,

프로텍션 튜브(22)내의 온도를 섭씨 1,200 ± 200 온도로 조절하는 히터와 상기 히터에 전류를 공급하는 온도 조절부(미도시)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 시브(24)는 세라믹 볼(26)이 아래로 흘러 떨어지지 않도록 하면서 기화된 가스는 빠져 나갈 수 있도록 하기 위한 것으로 세라믹 볼(26)의 직경보다 작은 다수의 관통홀(240)이 형성되어 그물 구조로 되어 있는 것으로 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 따른 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치는 종래의 촉매 방식이 섭씨 600 ~ 1,000도로 제어하는 것에 비하여 1,200 ± 200 도로 온도를 높게 제어하고 세라믹 볼을 프로텍션 튜브내에 삽입함으로써 백금과 같은 촉매를 사용하지 않으면서도 온도가 균일하게 프로텍션 튜브내에서 분포되도록 하여 염분이 결정을 형성하지 않도록 하고 기화를 촉진시켜 TOC 측정에 문제가 없다는 것에 주목할 필요가 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치의 구조를 단면도로써 나타내었다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치는 세라믹 볼(26)이

상기 프로텍션 튜브(22)의 바닥에 깔리어진 제1 세라믹 볼(460)이 가장 입자 크기가 크며, 그 상부층에 깔리는 제2 세라믹 볼(462)은 바닥에 깔리어진 제1 세라믹볼(460)에 비히여 입자 크기가 작아지고, 그 상부층에 깔리는 제3 세라믹 볼(464)는 제2 세라믹 볼(462)에 비하여 입자 크기가 작아진다. 다음으로 최상부에 깔리어지는 제4 세라믹 볼(466)은 제3 세라믹 볼(464)의 입자 크기에 비하여 작게 된다.

이와 같은 실시예에서는 하부의 세라믹 볼은 입자 크기가 크고 상부의 세라믹 볼이 입자 크기가 작게 이루어진다. 열은 위로 올라가려는 성질을 가지게 되는데 상부로 갈수록 입자가 조밀하게 이루어져 열이 상부로 올라가려는 성질에 저항을 주고 열이 튜브 밖으로 빠져나가는 것을 감소시켜 열이 튜브 내에서 균등하게 분포하도록 한다는 효과를 이룰 수 있다.

도 5에는 본 발명에 따른 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치와 세라믹볼을 적용하지 않은 경우의 성능을 비교 평가한 실험 결과로서 TOC 측정 데이터를 그래프로써 나타내었다. 이 실험에서는 교정을 위한 TOC 표준액을 사용하였다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 구조에 해당하고, 비교예는 세라믹볼을 적용하지 않고 프로텍션 튜브(22)내의 온도만 섭씨 1,200 ± 200 온도로 조절한 경우에 해당한다. 측정 횟수는 50회에 걸쳐 실시하였으며, TOC 측정 데이터를 참조하면 세라믹볼을 적용하지 않고 프로텍션 튜브(22)내의 온도만 섭씨 1,200 ± 200 온도로 조절한 경우에는 정확한 데이터를 얻지 못하는데 반하여 본 발명에 따른 장치의 경우에는 큰 편차없이 고르게 TOC 데이터가 얻어짐을 확인하였다.

상기와 같은 본 발명에 따른 TOC 측정 장치는 촉매를 사용하지 않고 1,200도 정도의 고온이 고르게 분포할 수 있도록 하여 기화가 충분히 수행되고 내부에서 염분이 응결되지 않도록 하여 유지 보수 측면에서 매우 저렴하면서도 측정 데이터는 기존의 촉매 방식과 별다른 차이가 없다.

20 : 리액터 22 : 원통형의 프로텍션 튜브(22)와,
24 : 시브 26 : 세라믹 볼
28 : 히터선
460 : 바닥에 깔리어진 제1 세라믹 볼
462 : 그 상부층에 깔리는 제2 세라믹 볼
464 : 그 상부층에 깔리는 제3 세라믹 볼
466 : 최상부에 깔리어지는 제4 세라믹 볼

Claims

산화 리액터를 사용하여 이산화탄소로 변환하는 방식을 적용하고 있는 총유기탄소 측정 장치로서,
원통형의 몸체를 구비하고 상기 몸체의 하부는 하단으로 갈수록 좁아지는 튜브 형태로 이루어지는 리액터(20);
상기 리액터(20)의 내부에 삽입되고 그 하단에는 세라믹 볼(26)이 아래로 흘러 떨어지지 않도록 하면서 기화된 가스는 빠져 나갈 수 있도록 하기 위한 것으로 세라믹 볼(26)의 직경보다 작은 다수의 관통홀(240)이 형성된 시브(24)가 설치되는 원통형의 프로텍션 튜브(22);
상기 원통형의 프로텍션 튜브(22)에 충진되는 세라믹 볼(26); 및
프로텍션 튜브(22)내의 온도를 섭씨 1,200 ± 200 온도로 조절하는 히터와 상기 히터(28)에 전류를 공급하는 온도 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 세라믹 볼(26)은,
상기 프로텍션 튜브(22)의 바닥에서 상부쪽으로 갈수록 입자 크기가 작아지는 것을 특징으로 하는 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 프로텍션 튜브(22)는 상기 히터(28)의 상단부 아래 일정 길이까지로 짧게 구성되며 상기 세라믹 볼(26)은 상기 히터의 상단부 아래 일정 길이까지를 채워진 것을 특징으로 하는 세라믹볼을 사용한 무촉매 열연소 총유기탄소 함유량 측정 장치.