KR101288960B1 - 고온가스 집진필터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온가스 중에 함유된 먼지를 제거하는 고온가스 집진필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온용 섬유 소재들을 혼합하여 니들펀칭 방법에 의하여 부직포를 제작함으로써 내열성, 강도, 집진성능을 향상시킨 집진필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 PANOX 섬유를 기본 섬유로 선정하였으며, PANOX 섬유의 강도를 증대시키는 방법으로 강도가 우수한 강도증강용 섬유를 혼합하여 강도를 증가시키고 또한 집진성능을 향상시키는 것을 특징으로 하는 집진필터 및 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 아라미드 섬유 또는 글라스 파이버와 혼합하여 제작된 PANOX 집진필터는 고온에서도 강도와 집진효율이 우수하므로 산업체 현장에서 발생되는 배기가스 내에 함유된 분진을 제거하는 집진필터로서 유용성이 매우 크며, 다른 고온용 집진필터(Teflon)에 비하여 가격이 매우 저렴하기 때문에 고온조건(250℃ 이상)에서도 사용할 수 있다는 장점이 있다.

Description

고온가스 집진필터 및 그 제조방법{HIGH TEMPERATURE FABRIC FILTER AND MEATHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 고온가스 중에 함유된 먼지를 제거하는 고온가스 집진필터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PANOX 섬유 주체에 고온용 섬유 소재들을 혼합하여 니들펀칭 방법에 의하여 부직포를 제작하여 내열성, 강도, 집진성능을 향상시킨 집진필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 철강, 소각, 시멘트, 화학, 발전, 제지, 코크스 등의 산업설비에는 공정 수행에 따른 많은 량의 분진을 포함하고 있다. 따라서 공정 중에 발생되는 분진을 포함하는 공정 배가스를 그대로 대기 중으로 방출하는 경우에는 대기오염 등의 환경오염을 야기하게 되므로, 집진필터를 구비한 집진장치를 설치하여 배가스를 집진장치를 통해 정화시켜 배출하고 있다.

이때, 상기 집진필터에 사용되는 섬유상 물질로는 폴리에스테르 섬유가 가장 널리 이용되고 있으며, 그 외에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴, 나일론, 노멕스 등이 사용되어 왔다. 이와 같은 종래에 집진필터에 사용되어온 것으로는 집진 효율이 우수함은 물론, 고온의 배가스 중에서도 견딜 수 있는 우수한 내열성을 구비하여야 하며, 나아가, 강도 역시 우수해야 한다.

그러나, 종래 사용되어온 것 중에서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴, 나일론 등의 섬유는 강도와 집진효율은 우수하지만 내열성이 약하여 고온에서 사용할 수 없다는 단점을 가지고 있다.

위에서 기술한 바와 같이 종래 집진필터에 사용되어온 대부분의 섬유는 낮은 온도에서는 분진을 포집하거나 제거하는 데는 유용하게 사용되었으나, 재질의 특성으로 인해 고온에서 사용하기에는 어려움을 가지고 있다.

따라서, 종래에 일반적으로 사용되던 섬유상 집진필터의 효용 가치를 높이기 위해서는 집진필터를 통과시키기 전에 냉각설비 등의 전처리 설비를 설치하여 배가스의 온도를 낮추거나 또는 습식 집진기를 사용해야 할 필요가 있었다. 그러나 냉각설비를 설치할 경우 추가적인 설치비 및 운전비가 요구되며, 습식 집진기를 설치할 경우에는 수처리 문제 및 포집된 먼지의 재활용 등의 후처리에 별도의 노력이 요구되는 문제가 있었다.

종래, 고온용 집진필터에 사용되는 대표적인 섬유로는 NOMEX 재질의 섬유 및 Teflon 재질의 섬유를 들 수 있다. 그러나, 고온용 집진필터로 사용되고 있는 NOMEX 재질의 섬유는 통상 약 200℃ 이하의 온도에서 사용되고 있는 실정이며, 또 상기 Teflon 재질의 섬유는 약 250℃ 이하의 온도에서 사용되고 있으나, Teflon의 경우는 가격이 너무 고가여서 범용적으로 사용하는 데는 한계가 있다.

이에, 본 발명은 고온에서도 우수한 강도와 집진효율을 얻을 수 있는 집진필터를 제공하고자 하는 것이다. 나아가, 이와 같은 집진필터를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 PANOX 섬유 50~75 중량% 및 폴리아미드 섬유, 글라스 파이버 또는 이들의 혼합물 25~50중량%를 포함하는 내열성 및 강도가 우수한 부직포를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 부직포로부터 얻어지며, 중량 400~700g/㎡, 통기도 5~15㎝/s, 인장강도 80㎏/㎠ 이상인 집진필터를 제공한다.

나아가, 본 발명은 PANOX 섬유 50~75 중량% 와 폴리아미드 섬유, 글라스 파이버 또는 이들의 혼합물 25~50중량%가 혼합하는 혼합단계; 상기 혼합된 섬유를 웹의 상태로 다져주는 카딩단계; 웹 상태로 이송된 섬유를 적층시키는 크로스 래핑단계; 적층된 섬유를 니들펀칭하여 부직포 필터 형상으로 결합시키는 니들펀칭단계 및 상기 형성된 부직포 필터를 열을 가하여 결합시키는 캘린더링 단계를 포함하며, 상기 섬유는 된 것임을 특징으로 하는 집진필터 제조방법을 제공한다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, PANOX 섬유에 내열성이 우수한 NOMEX, KEVLAR 또는 글라스 파이버를 사용함으로써, 이에 의해 얻어진 본 발명에 따른 집진필터는 고온에서도 강도와 집진효율이 우수하므로 산업체 현장에서 발생되는 250℃ 이상의 고온 조건에서도 배기가스 내에 함유된 분진을 제거하는데 효율적으로 사용할 수 있으며, 종래의 고온용 집진필터에 대하여 사용되어온 테프론 재질의 섬유에 비하여 가격이 매우 저렴하기 때문에 고온용 집진필터에 대한 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고온가스 집진필터의 제조공정을 개략적으로 나타내는 공정도이다.

본 발명은 고온의 배가스에 포함된 분진을 제거하기 위한 집진필터에 관한 것이다.

본 발명에서는 PANOX(Oxidized Polyacrylonitrile) 섬유를 주체로 한 집진필터를 제공한다. 상기 PANOX 섬유는 산화된 폴리아크릴 섬유로서, 내열성이 우수하여 300℃ 이상에서도 사용될 수 있는 섬유이다. 이와 같이 내열성이 우수한 PANOX 섬유가 집진필터의 주재로 사용됨으로써 이에 의해 얻어지는 집진필터는 고온에서도 적합하게 사용될 수 있다.

그러나 상기 PANOX 섬유는 강도가 약하여 종래 고온 배가스로부터의 집진필터를 제조하는데 사용되지 못하였다. 이에 본 발명에서는 상기 PANOX 섬유의 강도를 증대시키기 위해 강도가 우수한 섬유를 혼합하여 강도를 증가시키고 집진성능을 향상시키고자 한다.

이를 위해, 본 발명은 상기 PANOX 섬유에 폴리아미드 섬유 또는 글라스 파이버(glass fiber) 등의 강도 증강용 섬유를 혼합하여 사용한다. 상기 강도 증강용 섬유로 사용되는 폴리아미드와 글라스파이버는 다른 섬유에 비하여 200℃ 이상, 나아가서는 250℃ 이상, 더 나아가서는 300℃ 이상의 고온에서도 강도가 우수하기 때문에 PANOX 섬유와 혼합하여 사용할 경우 필터의 내열성은 물론 고온에서의 강도를 향상시킬 수 있다.

이때, 사용되는 상기 강도 증강용 섬유는 상기 폴리아미드 섬유 및 글라스 파이버를 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 폴리아미드 섬유는 NOMEX 및 KEVLAR 섬유를 들 수 있으며, 나아가, 이들을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 PANOX 섬유와 강도 증강용 섬유는 중량비로 50~75:25~50의 범위로 혼합하는 것이 바람직하다. PANOX 섬유에 혼합하는 강도 증강용 섬유의 함유율이 50%를 초과하는 경우는 상대적으로 PANOX 섬유의 함량이 감소하게 되어 고온에서의 내열성이 약해지게 되어 집진필터로 사용하기에는 부족한 점이 있으므로, 이의 함량을 25%~50% 이내로 조절하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 중량비로 얻어진 PANOX 섬유와 강도 증강용 섬유의 혼합물을 일반적인 부직포 제조공정에 따라 제조하여 집진필터를 얻을 수 있다. 부직포 제조공정은 통상적인 것으로서, 상기 PANOX 섬유와 강도 증강용 섬유를 혼합하여 얻어진 혼합섬유에 대하여, 카딩공정(carding), 크로스 랩핑공정(cross lapping), 니들펀칭공정(needle punching), 열 갤린더링 공정(calendering) 및 후처리 공정에 의해 제조할 수 있다. 이와 같은 집진필터 제조공정 순서를 도 1에 개략적으로 나타내었다.

도 1을 참조하여 집진필터를 제조하는 방법을 나타내면 다음과 같다.

먼저, PANOX 섬유와 폴리아미드 섬유 또는 글라스 파이버 등의 강도 증강용 단섬유 원료를 일정량의 혼합 비율로 혼합하여 최대한 잘 섞이게 하여 준다. 상기 얻어진 혼합 섬유를 카딩단계에서는 혼합된 섬유를 공급 받아서 웹의 상태로 다져준다. 다음으로 웹의 상태로 이송된 섬유를 원하는 중량과 규격에 맞게 적층시키는 크로스 래핑단계를 거친다. 나아가, 니들펀칭 단계에서 수 많은 니들을 이용하여 적층된 섬유를 부직포 필터 형상으로 결합시킨다. 상기 얻어진 적층 섬유를 형성된 부직포를 열을 이용하여 더욱 결합시키는 캘린더링 공정을 통해 부직포를 얻을 수 있다. 나아가, 필요에 따라 후처리 공정으로 모소 가공 및 프레스 공정 등을 통하여 최종적으로 집진필터로 사용할 수 있도록 필터표면의 잔털 등을 제거한다.

본 발명에 대하여 실시예를 통해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

PANOX 섬유와 NOMEX 섬유를 아래 표 1에 기재된 바와 같은 혼합비로 혼합하여 부직포를 제조하였다. 상기 얻어진 부직포를 사용하여 집진필터를 제작하였다. 이때 집진필터는 단위 면적당 무게는 600g/㎡를 기준으로 직경 150㎜, 길이 2000㎜ 크기로 제작하였다.

-인장강도 및 공기투과도

한편, 상기 고온 배가스에 대한 집진을 행한 후의 집진필터의 인장강도 및 공기투과도를 측정하여 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다. 상기 인장강도 및 공기투과도 측정을 행하는 시험방법 및 시험장치는 KS 표준분석법에 명시된 방법에 따라 수행하였으며, 구체적으로는, 인장강도는 KSK 0520에 준하여 측정하였으며, 공기투과도 측정은 KSK 0750에 준하여 측정하였다. 다. 상기 인장강도와 공기투과도는 상기 얻어진 집진필터를 고온로에서 250℃에서 24시간 유지시킨 후 측정하였다.

-집진효율

상기 얻어진 집진필터를 사용하여 배가스에 대한 집진성능을 테스트하고, 그 결과를 분석하여, 아래 표 1에 나타내었다. 이때 집진 효율 테스트에 사용된 테스트 조건으로서, 집진실험에 사용된 장치는 펄스-젯 타입의 여과집진기를 이용하였으며, 집진필터는 직경 150㎜, 길이 2000㎜로 제작된 필터 4개를 장착하여 실험하였다. 집진효율의 측정은 중량법을 이용하여 집진장치의 입구와 출구농도를 측정하여 계산하였다. 집진실험에 사용된 구체적 실험조건은 다음과 같다.

o 집진장치 및 집진필터 사양

- 집진장치 형식: 펄스-젯 집진실험장치

- 용량: 5㎥/min

- 집진필터 크기: 직경 150㎜, 길이 2000㎜

- 집진필터 수량: 4개

o 집진실험 조건

- 여과속도: 1.5m/min

- 입구농도: 3g/N㎥

- 유입가스 온도: 상온

- 탈진조건: 탈진주기 10분, 탈진압력 5기압

- 배기가스 조성: 공기조성

- 분진종류: 소결공정 발생 분진(평균입도 29.2㎛, 진비중 3.3g/㎤)

집진필터의 물성분석 결과
	필터 구성	인장강도(㎏/㎠)	공기투과도(㎝/s)	포집효율(%)
비교재 1	PANOX(100%)	68.5	15.3	97.5
발명재 1	PANOX/NOMEX(75/50)	93.1	14.6	99.1
발명재 2	PANOX/NOMEX(50/50)	98.5	13.5	99.5

통상, 집진필터가 현장에 적용되어 사용되기 위해서는 사용되는 공정 특성에 따라 조금씩 차이가 있지만, 일반적으로 집진필터는 중량 400~700g/㎡, 통기도 5~16㎝/s, 인장강도 80㎏/㎠ 이상의 특성을 요구한다.

위의 실시예 1에서 알 수 있는 바와 같이 PANOX/NOMEX 집진필터는 온도 250℃ 조건하에서의 인장강도가 80㎏/㎠ 이상이므로 집진필터에 대하여 요구되는 인장강도 요건을 만족하며, PANOX(100%) 대비 현장 적용할 경우 필터 수명이 매우 우수할 것으로 판단된다.

한편, 집진필터의 포집효율은 일반적으로 97~99% 이상의 집진효율이 요구되는데, 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 집집필터는 99% 이상의 높은 집진효율을 보여주었다.

이와 같은 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 PANOX와 NOMEX로 된 집진필터는 산업현장에서 발생하는 고온가스 집진공정에 매우 유용하게 적용될 수 있는 것으로 예상된다.

실시예 2

PANOX 섬유와 KEVLAR 섬유를 혼합하여 집진필터를 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 및 동일한 조건하에서 집진필터의 포집효율, 인장강도 및 공기 투과도를 측정하였다.

측정 결과는 아래 표 2에 나타낸다.

집진필터의 물성분석 결과(온도 250℃)
	필터 구성	인장강도(㎏/㎠)	공기투과도(㎝/s)	포집효율(%)
비교재 2	PANOX(100%)	68.5	15.3	97.5
발명재 3	PANOX/KEVLAR(75/50)	90.1	14.5	99.5
발명재 4	PANOX/KEVLAR(50/50)	95.3	14.3	99.3

위의 실시예 2에서 알 수 있는 바와 같이 PANOX/KEVLAR 집진필터는 온도 250℃ 조건하에서의 인장강도가 80㎏/㎠ 이상이므로, 집진필터에 대하여 요구되는 인장강도 요건을 만족하며, PANOX(100%) 대비 현장 적용할 경우 필터 수명이 매우 우수할 것으로 판단된다.

한편, 집진필터의 포집효율은 일반적으로 97~99% 이상의 집진효율이 요구되는데, 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 집집필터는 99% 이상의 높은 집진효율을 보여주었다.

이와 같은 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 PANOX와 KEVLAR로 된 집진필터는 산업현장에서 발생하는 고온가스 집진공정에 매우 유용하게 적용될 수 있는 것으로 예상된다.

실시예 3

PANOX 섬유와 GLASS 섬유를 혼합하여 집진필터를 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 및 동일한 조건하에서 집진필터의 포집효율, 인장강도 및 공기 투과도를 측정하였다.

측정 결과는 아래 표 3에 나타낸다.

집진필터의 물성분석 결과(온도 250℃)
	필터 구성	인장강도(㎏/㎠)	공기투과도(㎝/s)	포집효율(%)
비교재 3	PANOX(100%)	68.5	15.3	97.5
발명재 5	PANOX/GLASS(75/25)	88.6	15.1	99.1
발명재 6	PANOX/GLASS(50/50)	90.5	15.1	99.5

위의 실시예 2에서 알 수 있는 바와 같이 PANOX/GLASS 집진필터는 온도 250℃ 조건하에서의 인장강도가 80㎏/㎠ 이상이므로, 집진필터에 대하여 요구되는 인장강도 요건을 만족하며, PANOX(100%) 대비 현장 적용할 경우 필터 수명이 매우 우수할 것으로 판단된다.

한편, 집진필터의 포집효율은 일반적으로 97~99% 이상의 집진효율이 요구되는데, 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 집집필터는 99% 이상의 높은 집진효율을 보여주었다.

이와 같은 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 PANOX와 GLASS로 된 집진필터는 산업현장에서 발생하는 고온가스 집진공정에 매우 유용하게 적용될 수 있는 것으로 예상된다.

Claims (5)

1. PANOX 섬유 50~75 중량% 및 폴리아미드 섬유, 글라스 파이버 또는 이들의 혼합물 25~50 중량%를 포함하고 중량 400~700g/㎡, 통기도 5~15㎝/s, 인장강도 80㎏/㎠ 이상인 내열성 및 강도가 우수한 집진필터.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리아미드 섬유는 NOMEX, KEVLAR 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 내열성 및 강도가 우수한 집진필터.
   
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