KR101127570B1 - 탈황용기 및 이를 이용한 다단식 건식 탈황장치 - Google Patents

탈황용기 및 이를 이용한 다단식 건식 탈황장치 Download PDF

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Abstract

탈황용기 및 이를 이용한 다단식 건식 탈황장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 탈황용기는, 중공(中空)의 바디와, 바디의 상단 및 하단에서 각각 외향 돌출되어 형성된 상부결합부 및 하부결합부와, 바디의 내부에 고정되어 탈황제를 적재할 수 있게 하는 다공판을 포함한다. 상부결합부 및 하부결합부에는 그 둘레를 따라서 다수 개의 결합공이 형성되어 있다.

Description

탈황용기 및 이를 이용한 다단식 건식 탈황장치{SULFUL-REMOVAL CANISTER AND MULTISTAGE DRY SULFUL-REMOVAL DEVICE USIGN THE SAME}
본 발명은 탈황용기 및 이를 이용한 다단식 건식 탈황장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 상호 결합 및 분리가 가능하도록 형성된 다수 개의 탈황용기 그리고 탈황용기를 다수 개 적층하여 사용함으로써 탈황 효율을 높이고 탈황제의 교체가 용이한 다단식 건식 탈황장치에 관한 것이다.
하수 종말 처리장에서 처리되는 하수에는 유기물질과 같은 다량의 하수 슬러지가 포함되어 있다. 이와 같은 하수 슬러지는 일반적으로 생물학적인 처리 방법에 해당하는 소화조에서 처리되는데, 소화조에는 미생물이 투입되어 유기물질에 해당하는 하수 슬러지를 제거하게 된다. 그리고 하수 슬러지를 처리하는 과정에서 메탄가스(CH4), 이산화탄소(CO2) 및 황화수소(H2S)가 발생하게 된다. 이중에서 메탄가스는 환경 친화적인 가스로서, 추후 탈황장치를 거쳐서 황화수소를 제거한 후 보일러 또는 발전기 등의 에너지원으로 사용될 수 있다. 그러나 황화수소는 부식성이 매우 강하기 때문에 가스 보일러, 저장 탱크 등 각종 시설의 부식을 초래하는 것으로, 대기오염방지법에는 특정 물질로 규정되어 있다. 따라서 하수 슬러지 처리 과정에서 발생되는 메탄가스를 활용하기 위해서는, 황화수소를 제거하는 탈황 공정을 거쳐야 한다.
황화수소를 제거하는 방법으로는 크게 건식법과 습식법이 있다. 이중에서 습식법은 가성소다 또는 인산칼륨 등을 흡착제로 사용하여 세정으로 황화수소를 용해 제거한다. 습식법은 가스 내 수분량 증가와 세정수의 수처리 시설로 재순환 등의 문제가 발생하기 때문에, 최근에는 습식법에 비해 건식법을 주로 이용하고 있다. 건식법은 산화철 또는 활성탄을 흡착제로 사용하여 화학 및 물리적인 흡착을 통해서 황화수소를 제거한다.
도 1은 종래의 건식 탈황장치(10)를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 종래의 건식 탈황장치(10)는, 하나의 탈황탑(12)이 구비되어 있고, 탈황탑(12)의 내부에 탈황제(24)가 일정 높이로 적층되어 있다. 그리고 탈황탑(12)의 하부에는 황화수소가 포함된 가스가 유입되는 가스 유입구(14)가 구비되어 있고 그 상부에는 황화수소가 제거된 가스가 배출되는 가스 배출구(26)가 구비되어 있다. 탈황제(24)는 지지판(22)에 의해서 탈황탑(12)의 하단부에서 일정 높이를 가지고 위치하고 있으며, 지지판(22)의 하부에는 탈황제(24)를 제거할 수 있는 탈황제 유출구(18)가 구비되어 있다.
탈황제(24)를 지지하는 지지판(22)에는 탈황제(24)를 제거하기 위한 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 탈황제(24)의 탈황 성능이 떨어진 것으로 판단되는 경우, 탈황시설의 가동을 중단하고 상기 구멍을 개방하여 수작업으로 탈황제(24)를 제거하게 된다.
그러나 종래의 건식 탈황장치(10)는 탈황제(24)를 제거하기 위해서, 지지판(22)의 구멍을 개방한 후 인력으로 일일이 탈황제(24)를 제거해야 하는 문제점이 있다. 그리고 탈황제(24)는 일정 높이(예를 들면, 3~5m)를 가지고 적층되어 있어서 그 중량이 상당하기 때문에 이를 모두 제거하는 것은 많은 시간을 요하는 작업이다.
또한, 탈황탑(12) 하부에 위치하는 탈황제(24)는 교체 공사 과정 또는 운영 중에 소화 가스의 수분과 탈황제(24) 자체의 하중으로 인해서 상당 부분 파손된다. 이와 같은 탈황제(24)의 파손에 따라서 탈황제(24) 사이에 존재하는 공극이 불균일 하게 됨으로써, 편류(channeling)가 발생하게 되어 탈황제(24)의 사용 기간이 단축된다.
그리고 탈황탑(12)의 하부에 위치하는 탈황제(24)부터 탈황 성능이 저하되는 포화 농도에 우선 도달하고, 탈황제(24)의 적층 높이 약 70% 정도까지 포화 농도에 도달한 경우, 가스배출구(26)에서 나오는 가스에서 황화수소가 검출되기 때문에 탈황제(24)를 교체해야 한다. 그러나 기존의 탈황장치(10)에서 탈황제(24)를 교체하기 위해서는 탈황제(24) 전부를 교체해야 하기 때문에, 상부에 위치하여 포화 농도에 도달하지 않은 탈황제(24)를 재활용 할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 탈황제의 교체가 용이한 탈황용기 및 이를 이용한 건식 탈황장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 황화수소의 제거 효율이 우수한 탈황용기 및 이를 이용한 건식 탈황장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 미반응 탈황제를 재활용 할 수 있는 탈황용기 및 이를 이용한 건식 탈황장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 탈황용기는, 중공(中空)의 바디와, 바디의 상단 및 하단에서 각각 외향 돌출되어 형성된 상부결합부 및 하부결합부와, 바디의 내부에 고정되어 탈황제를 적재할 수 있게 하는 다공판을 포함한다. 상부결합부 및 하부결합부에는 그 둘레를 따라서 다수 개의 결합공이 형성되어 있다.
본 발명에 따른 는 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 바디의 하부 내주면에는 원형의 하부지지대가 내향 돌출되어 있고, 다공판은 하부지지대에 의해 지지될 수 있다. 그리고 다공판의 상면은 양 단부가 바디의 내주면에 고정되어 있는 상부지지대에 고정될 수 있다.
바디의 상부에는 바디를 관통하는 가스채취구가 형성될 수 있다. 그리고 바디의 외주면 상부에는 상부고리가 형성될 수 있고, 바디의 외주면 하부에는 하부고리가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 다단식 건식 탈황장치는, 2개 이상의 탈황용기가 적층되고, 하부에 위치하는 탈황용기의 상부결합부와, 상부에 위치하는 탈황용기의 하부결합부가 상호 분리 가능하게 체결된다. 그리고 각각의 탈황용기에는 탈황제가 일정 높이로 충진된다.
본 발명은 탈황제가 다단으로 적층된 탈황용기에 개별적으로 충진된 후 적층되기 때문에, 탈황제 자체의 하중 및 수분에 의해서 탈황제가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 황화수소의 제거 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 적층된 탈황용기 중에서 포화 농도에 도달하지 않은 탈황제가 충진된 탈황용기를 분리하여 탈황장치의 가장 하단에 위치시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 미반응한 탈황재를 재사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상부고리 및 하부고리를 이용하여 개별적으로 분리된 탈황용기를 뒤집을 수 있기 때문에, 탈황재를 용이하게 교체하거나 충진할 수 있다.
또한, 본 발명은 탈황용기에 형성된 가스채취구를 통해서 탈황용기 내부의 가스에 황화수소가 포함되었는지 여부를 검사할 수 있으며, 이를 통해서 탈황재를 적기에 교체할 수 있다.
도 1은 종래의 건식 탈황장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단식 건식 탈황장치를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈황용기를 예시하는 도면이다.
도 4는 도 3에 예시된 탈황용기에 대한 평면도이다.
도 5는 도 3에 예시된 탈황용기에 대한 정면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
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, "포함하다" 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.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단식 건식 탈황장치(200)를 예시하는 도면이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다단식 건식 탈황장치(200)는, 동일한 크기 및 형상을 갖는 다수 개의 탈황용기(100)가 분리 가능하게 적층되어 있는 것을 특징으로 한다. 도 2에서는 4개의 탈황용기(100)가 적층되어 있는 것으로 예시되어 있지만, 탈황장치(200)의 요구 조건 등에 따라서 2개 이상 다양하게 적층될 수 있음은 물론이다.
각각의 탈황용기(100)의 내부에는 일정한 높이로 탈황제(도시하지 않음)가 충진된다. 탈황장치(200)의 하부에 구비되어 있는 가스유입구(220)를 통해 유입된 가스는 가장 하부에 적층된 탈황용기(100)부터 가장 상부에 적층된 탈황용기(100)까지 순차적으로 통과하게 되는데, 이 과정에서 각각의 탈황용기(100)에 구비되어 있는 탈황제를 통과하게 되면서 황화수소가 제거된다.
가장 하부에 위치하는 탈황용기(100)는 가스유입구(220)가 구비된 베이스(210)와 결합되어 있고, 가장 상부에 위치하는 탈황용기(100)는 가스유출구(250)가 구비된 커버(240)와 결합되어 있다.
황화수소를 흡착하는 탈황제로는 산화철 또는 활성탄 등이 있다. 이 중에서 산화철(Fe2O3)은 함수율이 30% 이하이고 흡착능력이 0.1~0.16kgH2S/kg이다. 산화철의 충진비중은 0.6~0.8ton/㎥이다. 산화철과 황화수소는 아래의 반응식에 의해서 반응하게 된다.
Fe2O3 + 3H2S → Fe2S3 + 3H2O (15Kcal 발열) (반응식)
상기 반응식에서 알 수 있는 바와 같이, 산화철의 철과 황화수소의 황이 반응하여 황화철로서 제거되고, 이 과정에서 물과 열이 발생하게 됨을 알 수 있다.
각각의 탈황용기(100) 둘레에는 가스채취관(138)이 구비되어 있다. 가스채취관(138)은 아래에서 설명하는 탈황용기(100)의 가스채취구(132)에 연결되어 있는 것으로, 각각의 탈황용기(100) 내부의 가스를 채취한 후 황화수소의 함유량을 검사할 수 있게 한다.
이하에서는 도 3 내지 도 5를 참고하면서, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈황용기(100)에 대해서 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈황용기(100)의 사시도이고, 도 4 및 도 5는 도 3에 예시된 탈황용기(100)의 평면도 및 정면도이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 실시예 따른 탈황용기(100)는, 중공(中空)의 원통 형상의 바디(130)와, 바디(130)의 상단 및 하단에 각각 형성된 상부결합부(120) 및 하부결합부(140)와, 바디(130)의 내부에 결합된 다공판(160)을 포함한다. 그리고 탈황용기(100)의 바디(130) 둘레에는 상부고리(134) 및 하부고리(136)가 각각 구비되어 있으며, 둘레의 상부에는 가스채취구(132)가 형성되어 있다.
본 실시예에 따른 탈황용기(100)는 도 2에서와 같이 다수 개가 적층되어 하나의 탈황장치(200)를 형성하게 된다. 인접하는 2개의 탈황용기(100)는 상호 분리가 가능하도록 결합된다. 즉, 하부에 위치하는 탈황용기(100)의 상부결합부(120)와 상부에 위치하는 탈황용기(100)의 하부결합부(140)가 각각 면 접합하면서 체결부재(230)에 의해서 상호 체결된다.
종래에는 도 1에서와 같이 하나의 탈황탑(12)을 구비하고 그 내부에 탈황제(24)를 탈황탑(12)의 높이에 대응하여 적층하였다. 그러나 본 실시예에 따른 탈황장치(200)의 경우에는, 2개 이상의 탈황용기(100)를 적층하고 각각의 탈황용기(100)에 별도로 탈황제를 충진하게 된다.
본 실시예에 따른 탈황용기(100)의 내부에서 탈황제가 적층되는 높이가 종래에 비해 감소하게 되기 때문에, 탈황제 자체의 하중에 의해서 탈황제가 파손되는 문제를 방지할 수 있게 된다. 탈황제가 그 자체의 하중 및 황화수소가 제거되는 과정에서 발생하는 수분에 의해서 파손되는 경우에는, 공극이 불안정하게 되어서 편류(channeling)이 발생하게 된다. 이와 같은 편류는 탈황제의 수명을 더욱 단축시키게 된다. 그러나 본 실시예에 따른 탈황용기(100)의 내부에 충진되는 탈황제는 그 적재 높이가 종래에 비해서 낮기 때문에, 쉽게 파손되지 않고, 그로 인해 편류의 발생이 억제되어 수명이 증가하게 된다.
그리고 탈황제는 그 하부에서부터 가스가 유입되어 황화수소가 제거된다. 따라서 하부에 위치하는 탈황제부터 포화농도에 도달하게 된다. 종래의 탈황장치(10)에 충진되는 탈황제는 그 높이의 70% 정도까지 포화농도에 도달한 경우, 황화수소 제거 능력이 저하되기 때문에 이를 모두 교체해야 한다. 그러나 본 실시예에서는 탈황제가 개별적으로 분리된 탈황용기(100)의 내부에 충진되어 있기 때문에, 가장 상부에 위치하여 포화농도에 도달하지 않은 탈황제가 충진된 탈황용기(100)를 가장 하부로 위치 이동하여 재활용할 수 있게 된다.
탈황용기(100)의 바디(130)는 중공(中空)의 원통 형상을 갖는 것으로 일반 탄소강 등에 의해 제작된다. 바디(130)의 상단 및 하단에는 상부결합부(120) 및 하부결합부(140)가 외향 돌출 형성되어 있다. 그리고 바디(130)의 외주면 상부에는 상부고리(134)가 형성되어 있고 외주면 하부에는 하부고리(136)가 형성되어 있다. 또한, 바디(130)의 상부에는 가스채취구(132)가 형성되어 있다.
바디(130)의 내부에는 에폭시(epoxy)-FRP 등을 피복하는데, 이는 바디(130)의 내주면이 황화수소에 의해서 부식되는 것을 방지하기 위한 것이다.
바디(130)의 외주면 상부에는 가스채취구(132)가 형성되어 있다. 가스채취구(132)는 바디(130)를 관통하여 형성되며, 가스채취관(138)과 연결되어 있다. 따라서 가스채취구(132)를 통해서 탈황용기(100) 내부의 가스를 외부로 누출시켜 황화수소의 농도 측정을 통해서 탈황 정도 및 탈황제의 상태를 확인할 수 있다. 또한, 가스채취구(132)는 모든 탈황용기(100)에 대해서 형성되어 있다. 따라서 탈황용기(100)의 각 단별로 가스채취구(132)를 통한 황화수소의 농도 측정에 의해서, 각 단에 위치하는 탈황제의 상태를 확인할 수 있게 된다. 그리고 적기에 탈황제를 교체할 수 있기 때문에, 탈황 효율을 높일 수 있다.
바디(130)의 외주면 상부 및 하부에는 다수 개의 상부고리(134) 및 하부고리(136)가 형성되어 있다. 크레인의 와이어(도시하지 않음)를 상부고리(134)에 걸어서 각각의 탈황용기(100)를 크레인으로 들어 올릴 수 있게 된다. 또한, 들어 올려진 탈황용기(100)의 하부고리(136)에 크레인의 와이어를 걸어서 당기게 되면, 탈황용기(100)가 뒤집어지게 된다. 이로 인해서 탈황용기(100)의 내부에 충진된 탈황제가 쉽게 제거된다. 따라서 본 실시예에 따른 탈황용기(100)는 상부고리(134) 및 하부고리(136)를 이용하여 탈황제를 쉽게 제거할 수 있는 장점이 있다. 그리고 탈황제를 미리 충진한 후 탈황용기(100)를 적층하여 체결하면 되기 때문에, 탈황제를 용이하게 충진할 수 있게 된다.
상부결합부(120) 및 하부결합부(140)는 바디(130)의 상단 및 하단에서 수직으로 외향 돌출되어 전체적으로 링(ring) 형상을 갖는다. 그리고 상부결합부(120) 및 하부결합부(140)에는 각각 다수 개의 상부결합공(122) 및 하부결합공(142)이 형성되어 있다. 따라서 2개의 탈황용기(100)를 상호 결합하기 위해서는, 하부에 위치하는 탈황용기(100)의 상부결합공(122)과 상부에 위치하는 탈황용기(100)의 하부결합공(142)을 상호 일치시킨 후 체결부재(230)에 해당하는 볼트 및 너트를 이용하여 상호 체결하면 된다.
그리고 상부결합부(120) 및 하부결합부(140) 결합의 편의를 위해서, 상부결합공(122)에는 다수 개의 상부결합볼트(도면부호 없음)가 고정될 수 있다. 따라서 2개의 탈황용기(100)를 상호 결합하기 위해서는, 하부에 위치하는 탈황용기(100)의 상부결합볼트(122)와 상부에 위치하는 탈황용기(100)의 하부결합공(142)을 상호 일치시킨 후 너트(도면부호 없음)를 이용하여 상부결합볼트에 체결하면 된다.
바디(130)의 하부에는 다공판(160)이 결합되어 탈황용기(100)의 바닥면을 형성한다. 다공판(160)에는 다수 개의 통공(162)이 형성되어 있으며, 통공(162)을 통해서 가스가 탈황용기(100)의 내부로 유입된다. 그리고 다공판(160)의 상부에는 튜브 타입의 탈황제가 충진된다.
다공판(160)은 상부지지대(170) 및 하부지지대(150)에 의해서 지지된다. 하부지지대(150)는 바디(130)의 내주면에서 내향 돌출된 것으로 링 형상을 갖는다. 다공판(160)의 가장 자리 부분은 하부지지대(150)에 걸쳐져서 지지된다. 또한, 상부지지대(170)는 단면이 ㄱ 형상을 갖는 직선 부재로서, 상부지지대(170)의 일면이 다공판(160)의 상면에 고정되고 그 양단부는 바디(130)의 내주면에 각각 고정된다.
다공판(160) 상에 충진되는 탈황제의 높이는 가스채취구(132)에 비해 낮게 형성된다. 탈황제의 높이가 가스채취구(132)에 비해 높게 형성될 경우, 가스채취구(132)를 통해서 탈황용기(100) 내부의 가스를 용이하게 외부로 배출할 수 없기 때문이다.
상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 탈황용기 120: 상부결합부
122: 상부결합공 130: 바디
132: 가스채취구 134: 상부고리
136: 하부고리 138: 가스배출관
140: 하부결합부 142: 하부결합공
150: 하부지지대 160: 다공판
162: 통공 170: 상부지지대
200: 탈황장치 210: 베이스
220: 가스유입구 230: 체결부재
240: 커버 250: 가스유출구

Claims (6)

  1. 중공(中空)의 바디;
    상기 바디의 상단 및 하단에서 각각 외향 돌출되어 형성된 상부결합부 및 하부결합부; 및
    상기 바디의 내부에 고정되어 탈황제를 적재할 수 있게 하는 다공판을 포함하고,
    상기 상부결합부 및 상기 하부결합부에는 그 둘레를 따라서 다수 개의 결합공이 형성되어 있으며,
    상기 바디의 상부에는 상기 바디를 관통하는 가스채취구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탈황용기.
  2. 중공(中空)의 바디;
    상기 바디의 상단 및 하단에서 각각 외향 돌출되어 형성된 상부결합부 및 하부결합부; 및
    상기 바디의 내부에 고정되어 탈황제를 적재할 수 있게 하는 다공판을 포함하고,
    상기 상부결합부 및 상기 하부결합부에는 그 둘레를 따라서 다수 개의 결합공이 형성되어 있으며,
    상기 바디의 외주면 상부에는 상부고리가 형성되어 있고,
    상기 바디의 외주면 하부에는 하부고리가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탈황용기.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 하나의 탈황용기를 포함하는 탈황장치에 있어서,
    2개 이상의 상기 탈황용기가 적층되고,
    하부에 위치하는 상기 탈황용기의 상기 상부결합부와, 상부에 위치하는 상기 탈황용기의 상기 하부결합부가 상호 분리 가능하게 체결되며,
    각각의 상기 탈황용기에는 탈황제가 일정 높이로 충진되고,
    최하부에 위치하는 상기 탈황용기의 상기 하부결합부는 베이스와 분리 가능하게 체결되며,
    최상부에 위치하는 상기 탈황용기의 상기 상부결합부는 커버와 분리 가능하게 체결되는 다단식 건식 탈황장치.
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