KR101580105B1 - 기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 바이오가스의 이동로를 내부에 갖고, 상기 바이오가스로 분사된 액상촉매를 수집할 수 있게 마련된 탱크; 상기 이동로 상에서 무한주행하도록 상기 탱크의 내부에 설치된 기액 접촉 벨트; 상기 바이오가스와 화학반응을 할 액상촉매를 상기 기액 접촉 벨트의 상부에서 아래로 분사하기 위해 상기 탱크의 내부에 마련된 분사 노즐; 및 상기 기액 접촉 벨트를 세척할 액상촉매를 상기 기액 접촉 벨트의 표면으로 분사하기 위해 상기 탱크의 내부에 마련된 세척 노즐;을 포함하는 기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치를 제공한다.

Description

기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치{HYDROGEN SULFIDE REMOVING APPARATUS WITH VAPOR-LIQUID CONTACT BELT}
본 발명은 유기성 폐기물의 처리 시 발생하는 바이오가스로부터 황화수소를 제거하기 위한 황화수소 제거장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 벨트 형태의 기액 접촉층을 갖는 황화수소 제거장치에 관한 것이다.
최근, 음식물 쓰레기, 가축분뇨, 하수 슬러지와 같은 유기성 폐기물을 혐기성 소화시켜 메탄 등의 바이오가스를 생산하고 이를 재활용하는 기술이 개발되고 있다. 이와 같은 바이오가스 생산 및 이용 방법은 바이오가스를 에너지원으로 사용할 수 있다는 점 이외에 환경 오염 부하를 감소시킬 수 있다는 점에서 각광을 받고 있다.
유기성 폐기물의 혐기성 소화를 통해 얻어지는 바이오가스 내에는 메탄 가스 이외에 황화수소(H2S)가 포함된다. 이 황화수소는 유황 및 황산염을 환원하는 황환원세균에 의해 생성된다. 그런데 이와 같은 황화수소는 인체에 유해할 뿐만 아니라 바이오가스의 재활용 시 아황산가스와 황산으로 변환되어 바이오가스를 에너지원으로 사용하는 장치를 부식시킬 수 있다. 따라서 바이오가스를 재활용하기 위해서는 황화수소의 제거가 필수적이다.
현재, 황화수소의 제거에 액상촉매를 사용하는 기술이 알려져 있다. 이 기술에 따르면, 유입구로부터 배출구로 이동하는 바이오가스에 액상촉매가 분사되는데, 그러면 화학반응에 의해 바이오가스로부터 황화수소가 제거된다. 이때, 바이오가스와 액상촉매 간 접촉 면적 및 접촉 시간을 증가시키기 위해 바이오가스의 이동 경로에는 일반적으로 기액 접촉층이 설치되고, 이 기액 접촉층에는 도 1에 도시된 바와 같은 폴링(Pall Ring)들이 채워져 있다.
이러한 종래 기술의 예들이 등록특허 제10-1462054호(황화수소 및 유해가스 제거장치), 등록특허 제10-0406495호(액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 VOCs의 처리시스템), 등록특허 제10-0766125호(액상촉매를 이용한 황화수소 제거장치), 등록특허 제10-1330499호(액상촉매를 이용한 소화가스 탈황장치) 등에 개시되어 있다.
등록특허 제10-1462054호(황화수소 및 유해가스 제거장치) 등록특허 제10-0406495호(액상촉매와 바이오필터를 이용한 황화수소와 VOCs의 처리시스템) 등록특허 제10-0766125호(액상촉매를 이용한 황화수소 제거장치) 등록특허 제10-1330499호(액상촉매를 이용한 소화가스 탈황장치)
위와 같은 종래기술에서는 바이오가스와 액상촉매 간 화학반응의 부산물인 침전물이 생기게 되는데, 이 침전물들 중 일부는 폴링들의 표면에 붙어있고 나머지는 아래로 낙하한다. 폴링들의 표면에 붙은 침전물들은 황화수소 제거효율의 저하를 초래하므로 폴링들의 세척이 이루어져야 하나, 틀 안에 수용된 폴링들을 그대로 둔 채 모두 깨끗이 세척하기는 거의 불가능하다. 따라서 폴링들의 세척을 위해서는, 황화수소 제거장치의 운전 정지, 폴링들의 인출, 폴링들의 세척 및 세척된 폴링들의 재설치와 같은 복잡한 과정이 이루어져야 한다. 또한, 이러한 세척이 제때 이루어지지 않아 폴링들의 상태가 세척으로 호전될 수 없을 정도로 심각한 경우가 잦아 폴링들의 교체가 빈번한 것이 현재의 실정이다. 결국, 종래기술에서는 황화수소 제거장치의 유지/보수에 많은 시간, 노력 및 비용이 소요되고 있는 것이다.
또한, 종래기술에서는 상술한 바와 같이 폴링들의 표면에 침전물이 붙게 됨에도 이를 곧바로 세척할 수 없으므로, 폴링들이 갖는 홀들이 클 수밖에 없다. 그런데 폴링들의 홀들이 클수록 바이오가스와 액상촉매 간 접촉 면적 및 접촉 시간이 줄어들게 되어 황화수소 제거효율이 떨어진다. 따라서 종래기술에 따르면 황화수소 제거효율의 향상에 한계가 있는 문제도 발생한다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제를 해결할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명은, 바이오가스의 이동로를 내부에 갖고, 상기 바이오가스로 분사된 액상촉매를 수집할 수 있게 마련된 탱크; 상기 이동로 상에서 무한주행하도록 상기 탱크의 내부에 설치된 기액 접촉 벨트; 상기 바이오가스와 화학반응을 할 액상촉매를 상기 기액 접촉 벨트의 상부에서 아래로 분사하기 위해 상기 탱크의 내부에 마련된 분사 노즐; 및 상기 기액 접촉 벨트를 세척할 액상촉매를 상기 기액 접촉 벨트의 표면으로 분사하기 위해 상기 탱크의 내부에 마련된 세척 노즐;을 포함하는 기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치를 제공한다.
상기 기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치는 상기 기액 접촉 벨트와, 상기 분사 노즐과, 상기 세척 노즐을 모두 지지하면서 상기 탱크의 내부에 설치되는 지지대;를 포함한다. 이때, 상기 탱크의 상면은 상기 지지대의 입출을 허용하는 개구를 개폐하기 위한 덮개로 이루어지는 것이 좋다.
상기 기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치는 상기 화학반응의 부산물인 침전물을 상기 기액 접촉 벨트의 표면으로부터 긁어내기 위한 스크레퍼;를 포함한다. 이때, 상기 스크레퍼는 상기 기액 접촉 벨트의 폭보다 긴 길이를 갖고, 상기 기액 접촉 벨트의 주행 방향에 대하여 경사지게 설치된다.
상기 기액 접촉 벨트가 주행하는 복수 층의 주행로들 중 적어도 한 층의 주행로는 하향 경사를 이루도록 마련된다.
본 발명에 따르면, 바이오가스와 액상촉매 간 접촉 면적 및 접촉 시간을 충분히 보장하기 위한 기액 접촉층이 무한주행을 하면서 지속적으로 세척되는 벨트 형태로 마련된다. 따라서, 첫째, 황화수소 제거장치의 운행 도중에도 기액 접촉층의 세척이 가능하고, 둘째, 기액 접촉 면적 및 접촉 시간이 종래에 비해 더 증가하여 황화수소 제거효율이 향상된다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 기액 접촉층을 이루는 벨트 및 이를 지지하는 부품, 상기 벨트로 액상촉매를 분사하기 위한 부품, 상기 벨트를 세척하기 위한 부품이 탱크의 외부에서 설치된 후 탱크의 내부로 인입될 수 있으므로, 황화수소 제거장치의 제조가 쉽다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 벨트의 주행로들 중 적어도 일부가 하향 경사를 이루거나 상기 벨트의 표면을 닦는 스크레퍼가 마련되기 때문에 상기 벨트가 더욱 깨끗하게 세척될 수 있다.
도 1은 종래의 폴링을 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치를 도시한 내부 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 황화수소 제거장치의 탱크 내부를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 기액 접촉 벨트의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 기액 접촉 벨트의 실물 사진이다.
이하, 본 발명에 따른 기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
본 발명에 따른 기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치(100)는 유기성 폐기물의 소화 시 발생하는 바이오가스로부터 황화수소를 제거하기 위한 것으로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 탱크(110)와, 기액 접촉 벨트(130)와, 분사 노즐(150)과, 세척 노즐(152a, 152b)을 포함한다.
상기 탱크(110)는 앞쪽의 유입관(112) 및 뒤쪽의 배출관(114)과 연결되어 있다. 유입관(112)으로 유입된 바이오가스는 탱크(110)의 상측 내부공간을 거쳐 배출관(114)으로 배출된다. 탱크(110)의 상측 내부공간이 이와 같이 바이오가스 이동로로 사용되는데 반해, 탱크(110)의 하측 내부공간은 바이오가스로 분사된 액상촉매(10)의 수집 공간으로 사용된다. 상기 탱크(110)의 하측 내부공간에 수용된 액상촉매(10) 및 침전물(이 침전물은 바이오가스와 액상촉매 간 화학반응의 부산물임)(20)은 후속 처리 장치(예컨대, 탈수기)로 이송되고, 그곳에서 액상촉매(10)는 침전물(20)과 분리된 후 재생탑으로 이송된다.
상기 기액 접촉 벨트(130)는 자신의 위쪽에서 분사된 액상촉매(10) 및 아래쪽에서 상승하는 바이오가스를 모두 통과시킬 수 있는 포 형태(도 5 참조)로서, 상기 바이오가스의 이동로 상에서 무한주행하도록 탱크(110)의 상측 내부공간에 설치된다.
이 무한주행을 위해 기액 접촉 벨트(130)의 전단은 종동 롤러(134)에 감겨 있고, 그 후단은 구동 롤러(132)에 감겨 있다. 이 두 롤러(132, 134)는 전후 방향으로 떨어져 위치하고, 좌우 방향으로 연장한다. 그리고 구동 롤러(132)는 일단에 풀리(또는 스프로켓)(132b)를 갖는데, 이 풀리(또는 스프로켓)(132b)는 벨트(또는 체인)(132a)를 통해 모터(136)의 구동축과 연결되어 있다. 따라서 모터(136)가 작동하면 기액 접촉 벨트(130)는 무한주행을 하게 된다. 한편, 상기 풀리(또는 스프로켓)(132b)는 탱크(110)의 외부에 위치한다.
이러한 기액 접촉 벨트(130)는 모터(136)의 작동 시 상층 주행로 및 하층 주행로를 따라 무한주행을 하게 되는데, 그러는 동안 유입관(112)으로 유입된 바이오가스는 기액 접촉 벨트(130)를 통과하며 상승하고, 분사 노즐(150)로부터 분사된 액상촉매(10)는 기액 접촉 벨트(130)를 통과하며 낙하한다. 이때, 기액 접촉 벨트(130)에서는 바이오가스와 액상촉매(10) 간 접촉 면적 및 접촉 시간이 충분히 보장되면서 화학반응이 일어나고, 그 결과 황화수소가 제거되고 침전물(20)이 생성된다.
한편, 상기 분사 노즐(150)은 기액 접촉 벨트(130)의 상부에 위치하도록 탱크(110)의 상측 내부공간에 설치된 배관(154)에 고정되어 있다. 그리고 상기 배관(154)은 사용된 액상촉매(10)를 재생시키는 재생탑(미도시)과 연결되어 있다. 따라서 탱크(110)의 하측 내부공간에 수집된 액상촉매(10)는 재생탑에서 재생된 후 분사 노즐(150)로부터 기액 접촉 벨트(150)로 분사되게 된다. 상기 분사 노즐(150)은 복수로 마련되되, 그 개수는 액상촉매(10)가 기액 접촉 벨트(130)의 전체 면에 고르게 분사되는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다.
상술한 바와 같이 기액 접촉 벨트(130)에서는 바이오가스와 액상촉매(10) 간 화학반응의 결과물인 침전물(20)이 생성되는데, 이 침전물(20) 중 일부는 기액 접촉 벨트(130)의 무한주행 도중 아래로 낙하하고 나머지는 기액 접촉 벨트(130)의 표면에 잔류하게 된다. 기액 접촉 벨트(130)에 잔류하는 침전물(20)은 바이오가스의 통과 및 액상촉매(10)의 통과를 방해하면서 황화수소 제거효율을 악화시키는바, 기액 접촉 벨트(130)는 지속적으로 세척될 필요가 있다.
상기 세척 노즐(152a, 152b)은 기액 접촉 벨트(130)의 지속적 세척을 위해 마련된 것으로서, 상층 주행로의 기액 접촉 벨트(130)를 액상촉매(10)로 세척하기 위한 상층 세척 노즐(152a)과, 하층 주행로의 기액 접촉 벨트(130)를 액상촉매(10)로 세척하기 위한 하층 세척 노즐(152b)를 포함한다. 상층 세척 노즐(152a)은 상층 주행로보다 약간 위쪽에서 기액 접촉 벨트(130)의 표면으로 액상촉매(10)를 분사할 수 있도록 상기 배관(154)에 마련되어 있고, 하층 세척 노즐(152b)은 상하층 주행로 사이에서 하층 주행로의 기액 접촉 벨트(130)의 표면으로 액상촉매(10)를 분사할 수 있도록 상기 배관(154)에 마련되어 있다. 이러한 세척 노즐(152a, 152b)로 인해, 기액 접촉 벨트(130)는 무한주행 도중에 지속적으로 세척된다.
앞선 설명에 따르면, 세척 노즐이 상측 세척 노즐(152a) 및 하층 세척 노즐(152b)을 모두 포함하나, 이와 달리 세척 노즐은 상층 세척 노즐(152a)만을 포함하거나 하층 세척 노즐(152b)만을 포함할 수도 있다. 또한, 세척 노즐의 전후 방향 위치는 특별히 한정되지 않으나, 바이오가스의 이동로가 최대한 확보되도록 도시된 바와 같이 전방 또는 후방으로 치우치는 것이 좋다.
기액 접촉 벨트(130)의 더 깨끗한 세척을 위해서는 스크레퍼(180)가 마련되는 것이 좋다. 이때, 스크레퍼(180)는 도 2에 도시된 바와 같이 기액 접촉 벨트(130)의 폭보다 긴 길이를 갖도록, 그리고 기액 접촉 벨트(130)의 주행 방향에 대하여 경사를 이루도록 설치된다. 그러면 기액 접촉 벨트(130)의 표면에 잔류하는 침전물(20)은 무한주행 도중 스크레퍼(180)에 걸려 밀리면서 기액 접촉 벨트(130)의 좌측 또는 우측으로 낙하하고, 미처 낙하하지 못한 침전물(20)은 세척 노즐(152a, 152b)로부터 분사된 액상촉매에 쓸려 기액 접촉 벨트(130)로부터 제거된다.
상기 기액 접촉 벨트(130)가 주행하는 복수 층의 주행로들은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 모두 수평을 이룰 수도 있고, 일부 층의 주행로들이 도 4에 도시된 바와 같이 하향 경사를 이룰 수도 있다. 이 하향 경사는 다양한 형태일 수 있다. 예컨대, 상기 하향 경사는 도 4에 도시된 바와 같이 전하후상 형태이거나, 이와 반대로 전상후하 형태일 수 있다. 또한, 도시되어 있지는 않으나 상기 하향 경사는 좌상우하 형태이거나, 이와 반대로 좌하우상 형태일 수도 있다. 복수 층의 주행로들 전부 또는 일부가 이와 같이 하향 경사를 이루면, 침전물(20)이 세척 노즐(152a, 152b)로부터 분사된 액상촉매에 더 쉽게 쓸려 떨어질 수 있어, 기액 접촉 벨트(130)의 세척이 더 잘 이루어질 수 있다.
한편, 상기 노즐들(150, 152a, 152b)을 갖는 배관(154)과, 상기 기액 접촉 벨트(130)가 감긴 롤러들(132, 134)과, 상기 스크레퍼(180)는 탱크(110)의 내면에 고정될 수도 있으나, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 별도의 지지대(170)에 고정되는 것이 좋다. 그러면 탱크(110)의 외부에서 위 부품들(154, 132, 134, 180)을 지지대(170)에 탑재한 후 상기 지지대(170)를 탱크(110) 내부의 스토퍼(118)에 볼트 등으로 설치할 수 있으므로, 황화수소 제거장치(100)의 제조가 매우 쉬워진다.
위 지지대(170)가 사용될 경우, 탱크(110)의 상면(116)은 지지대(170)의 입출을 허용하는 개구를 개폐할 수 있는 덮개로 이루어지는 것이 좋다. 그러면 위 부품들(154, 132, 134, 180)이 탑재된 지지대(170)를 통째로 탱크(110)의 내부로 넣는 작업 및 탱크(110)의 내부로부터 꺼내는 작업이 쉬워진다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
100 : 황화수소 제거장치 110 : 탱크
112 : 유입관 114 : 배출관
116 : 탱크 상면 118 : 스토퍼
130 : 기액 접촉 벨트 132 : 구동 롤러
134 : 종동 롤러 136 : 모터
150 : 분사 노즐 152a, 152b : 세척 노즐
154 : 배관 170 : 지지대
180 : 스크레퍼 10 : 액상촉매
20 : 침전물

Claims (5)

  1. 바이오가스의 이동로를 내부에 갖고, 상기 바이오가스로 분사된 액상촉매를 수집할 수 있게 마련된 탱크;
    상기 이동로 상에서 무한주행하도록 상기 탱크의 내부에 설치된 기액 접촉 벨트;
    상기 바이오가스와 화학반응을 할 액상촉매를 상기 기액 접촉 벨트의 상부에서 아래로 분사하기 위해 상기 탱크의 내부에 마련된 분사 노즐; 및
    상기 기액 접촉 벨트를 세척할 액상촉매를 상기 기액 접촉 벨트의 표면으로 분사하기 위해 상기 탱크의 내부에 마련된 세척 노즐;을 포함하는 기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기액 접촉 벨트와, 상기 분사 노즐과, 상기 세척 노즐을 모두 지지하면서 상기 탱크의 내부에 설치되는 지지대;를 포함하는 기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탱크의 상면은 상기 지지대의 입출을 허용하는 개구를 개폐하기 위한 덮개로 이루어진 기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학반응의 부산물인 침전물을 상기 기액 접촉 벨트의 표면으로부터 긁어내기 위한 스크레퍼;를 포함하되,
    상기 스크레퍼는 상기 기액 접촉 벨트의 폭보다 긴 길이를 갖고, 상기 기액 접촉 벨트의 주행 방향에 대하여 경사지게 설치되는 기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기액 접촉 벨트가 주행하는 복수 층의 주행로들 중 적어도 한 층의 주행로는 하향 경사를 이루도록 마련되는 기액 접촉 벨트를 갖는 황화수소 제거장치.
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