KR101790210B1 - 부생가스 전처리 쿨러 - Google Patents

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Abstract

제철공정에서 발생되는 부생가스를 에너지로 환원하기 위한 가스성분 분석을 위하여, 포집한 부생가스를 가스성분 분석장치로 이송하는 이송배관에 응집되어 고착되는 승화물질을 제거하는 부생가스 전처리 쿨러에 관한 것으로, 본 발명은 시료가스를 냉각시켜 승화물이 응집되어 저장되도록 박스형으로 형성되는 냉각트레이와; 상기 냉각트레이를 통과한 승화물을 걸러내는 메쉬필터유닛과; 상기 메쉬필터유닛을 통과한 미립자의 승화물과 더스트를 포집하는 나노필터유닛이 구비되어 상기 냉각트레이 상단에 결합되는 필터하우징; 그리고 상기 필터하우징에서 걸러진 시료가스가 배출되도록 상기 필터하우징 상단에 결합되는 배출캡를 포함하여 구성되고: 상기 냉각트레이에는 상기 냉각트레이 외측에 구비되어 저온을 생성하는 쿨링유닛과; 상기 냉각트레이 내측에 설치되어 상기 쿨링유닛에서 발생된 저온을 전달받아 상기 냉각트레이 내부로 인입되는 시료가스를 냉각하여 승화물을 응집하는 히트파이프유닛이 구비된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 본 발명은 제철공정에서 발생되는 부생가스 중 일부를 채취한 시료가스에 포함된 승화물 및 더스트의 포집 및 세척을 자동화하여 운용효율성이 향상되는 효과가 있다.

Description

부생가스 전처리 쿨러 { THE COOLER FOR PRE-TREATING A COKE OVEN GAS }
발명은 제철소에서 발생되는 부생가스 전처리 쿨러에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 제철공정에서 발생되는 부생가스를 에너지로 환원하기 위한 가스성분 분석을 위하여, 포집한 부생가스를 가스성분 분석장치로 이송하는 이송배관에 응집되어 고착되는 승화물을 제거하는 부생가스 전처리 쿨러에 관한 것이다.
제철공정에서 발생되는 부생가스는 철광석 용융시 고로에서 발생하는 고로 부생가스(BFG)와 기타 코크스 부생가스(COG), 전로 부생가스(LDG) 등이 있으며, 발열량은 액화천연가스(LNG)의 8~40% 수준으로, 부생가스는 제철소의 수요전력을 안정적으로 공급하고, 온실가스 발생을 억제하는 친환경 에너지원으로 이용되고 있는 실정이다.
한편, 부생가스가 발생되는 시설에서는 부생가스가 고온의 상태로 유지되고, 이와 같은 부생가스 중에는 기체상태의 수분, 타르, 나프탈렌과 같은 불순물이 포함되어 있다.
이때, 부생가스에 포함된 불순물은 부생가스의 발열효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라, 부생가스를 이송하는 과정에서 온도가 상대적으로 낮은 이송배관에 응집되어 고착되고, 설비의 결함을 일으키는 원인이 된다.
이에 따라, 부생가스 중 불순물을 제거하기 위하여, 첨가물을 이용한 부생가스 전처리공정이 이루어지고 있다.
한편, 상기 부생가스는 조성비율이 항상 일정하지 않기 때문에, 부생가스 처리공정에 투입되는 상기 첨가물의 투입량은 부생가스의 조성비율에 따라 상기 첨가물의 투입량도 달라진다.
이에 따라, 상기 첨가물의 투입량을 조절하기 위하여 부생가스의 조성비율 분석이 필수적이다.
여기서, 부생가스 조성비율 분석은 부생가스 중 일부를 시료가스로 채취하여, 가스성분 분석장치에서 분석된다.
한편, 부생가스 시료에 포함된 불순물은 가스성분분석장치의 분석 정확도를 떨어뜨릴 뿐만 아니라, 이송 배관상의 막힘을 유발하여 가스성분 분석장치의 결함을 일으키는 원인이 된다.
이에 따라, 부생가스 성분 분석시, 부생가스 내 불순물을 제거하기 위한 것으로 대한민국 공개특허 제 10-2001-0054551 호에는 더스트를 제거하는 필터와 유도관 내부를 냉각하는 냉각장치를 이용하여 석탄가스의 타르 제거장치가 기재된 바 있다.
이때, 상기 부생가스 중 시료가스를 이송하는 이송배관은 배관의 지름이 작아, 응집되어 고착되는 승화물에 의한 배관의 차폐가 수시로 유발되므로, 시료가스 내의 승화물 제거의 중요성이 더욱 대두된다.
이와 함께, 응집되어 고착된 승화물의 제거는 지속적인 승화물 제거 성능을 유지 함에 있어, 필수적이므로 효율적인 승화물 제거 기술이 필요시 되고 있다.
한편, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 일각에서는 전처리장치를 병렬로 배열하여, 운용효율성을 향상시키는 방법이 이용되고 있으나, 이는 설비의 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제 10-2001-0054551 호
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 제철공정에서 발생하는 부생가스 중 일부를 채취한 시료가스에 포함된 승화물 및 더스트를 제거하는 부생가스 전처리 쿨러를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 부생가스 중 일부 소량의 시료가스를 채취하기 위한 채취관에 응집되어 고착된 승화물을 세척하는 과정을 자동화하여 쿨러의 운용효율이 향상된 부생가스 전처리 쿨러를 제공하기 위한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 시료가스를 냉각시켜 승화물이 응집되어 저장되도록 박스형으로 형성되는 냉각트레이와; 상기 냉각트레이를 통과한 승화물을 걸러내는 메쉬필터유닛과; 상기 메쉬필터유닛을 통과한 미립자의 승화물과 더스트를 포집하는 나노필터유닛이 구비되어 상기 냉각트레이 상단에 결합되는 필터하우징; 그리고 상기 필터하우징에서 걸러진 시료가스가 배출되도록 상기 필터하우징 상단에 결합되는 배출캡를 포함하여 구성되고: 상기 냉각트레이에는 상기 냉각트레이 외측에 구비되어 저온을 생성하는 쿨링유닛과; 상기 냉각트레이 내측에 설치되어 상기 쿨링유닛에서 발생된 저온을 전달받아 상기 냉각트레이 내부로 인입되는 시료가스를 냉각하여 승화물을 응집하는 히트파이프유닛이 구비된다.
여기서, 상기 냉각트레이 일측에는 시료가스가 주입되는 시료가스주입구가 형성되고: 상기 냉각트레이 상부에는 상기 필터하우징이 결합되는 결합부가 형성된다.
그리고 상기 쿨링유닛은 저온을 생성하기 위해, 압축공기를 이용하여 냉각시키는 보텍스튜브 방식 또는 열전형상을 이용하는 펠티어소자 방식 중 어느 하나의 냉각방식이 이용된다.
그리고 상기 히트파이프유닛은 상기 파이프 내부를 순환하는 기체 또는 액체의 냉매를 포함하여 구성되고; 상기 쿨링유닛에서 생성된 저온을 상기 냉각트레이 내부로 전달하여 상기 냉각트레이 내부로 주입되는 시료가스를 냉각한다.
그리고 상기 필터하우징에는 상기 냉각트레이를 통과한 시료가스에 포함된 미립자의 승화물이 응집되어 고착되는 메쉬필터유닛이 구비되고: 상기 메쉬필터유닛은 상기 냉각트레이에서 응결되고, 시료가스에 부유되어 이동되는 소립자의 승화물을 포집하도록, 금속재로 형성되는 10 내지 25 mm 간격의 정방형 메쉬망으로 형성된다.
이때, 상기 필터하우징 하부에는 상기 냉각트레이와 결합되는 결합부가 형성되고: 상기 결합부 내측에 상기 메쉬필터유닛이 구비되며: 상기 필터하우징 내부에는 나노필터유닛이 구비된다.
또한, 상기 필터하우징은 내부에, 더스트 및 미립자의 승화물을 포집하도록 다공성부재로 형성되는 나노필터유닛을 포함하여 구성되고: 상기 나노필터유닛은 미디움필터, 헤파필터, 우파필터 중 어느 하나 이상의 필터가 이용되어, 상기 냉각트레이를 통과한 더스트 및 미립자의 승화물을 포집한다.
그리고 상기 배출캡 상단에는 승화물 및 더스트가 제거된 시료가스가 배출되도록 시료가스배출구가 형성된다.
여기서, 상기 배출캡 상부 일측에는 상기 쿨러 내부를 세척하기 위한 세척제가 주입되는 세척제주입구가 형성되고: 상기 냉각트레이 하부에는 상기 냉각트레이 내부에 적치되는 승화물을 배출하는 승화물배출구가 형성된다.
그리고 상기 세척제주입구는 상기 쿨러 내부 및 필터에 응집되어 고착된 승화물을 분해하기 위한 세척제가 주입되도록, 세척제를 공급하는 세척제주입관과 연결되고: 상기 세척제는 상기 쿨러 내부 및 필터에 응집되어 고착된 승화물을 분리하여, 상기 쿨러 내부 및 필터를 세척하기 위해, 스팀 및 질소가 이용된다.
한편, 상기 제 1 고압관연결구와 상기 제 2 고압관연결구에는 상기 필터하우징 내부에 고압을 제공하는 양방향펌프가 연결되고: 상기 양방향펌프는 상기 필터하우징 내부 세척시 필요한 고압을 생성한다.
여기서, 상기 양방향펌프에는 생성된 고압을 제공하는 연결관이 연결되고: 상기 연결관에는 상기 연결관에서 분기되어 상기 나노필터유닛 세척을 위한 펌프압을 제공하도록 형성되는 제 1 고압관과; 상기 연결관에서 분기되어 상기 메쉬필터유닛 세척을 위한 펌프압을 제공하도록 형성되는 제 2 고압관이 연결되고: 상기 필터하우징 일측에는 상기 나노필터유닛을 세척하기 위한 펌프압이 유입되는 제 1 고압관연결구와 상기 메쉬필터유닛을 세척하기 위한 펌프압이 유입되는 제 2 고압관연결구가 형성된다.
그리고 상기 제 1 고압관과 상기 제 2 고압관의 분기점에는 상기 제 1 고압관의 유로, 상기 제 2 고압관의 유로 및 상기 연결관의 유로를 선택적으로 개폐하여, 상기 양방향펌프에서 생성된 고압을 차단하거나 상기 제 1 고압관 또는 상기 제 2 고압관의 유로로 제공하는 3방향밸브가 구비된다.
그리고 상기 세척제주입관에는 세척제가 공급 또는 차단되도록 세척제차단밸브가 구비된다.
한편, 상기 부생가스 전처리 쿨러의 세척은 상기 3방향밸브를 통해 제 1 고압관의 유로 및 제 2 고압관의 유로를 차폐한 상태에서 세척액주입관을 통해, 세척제를 주입하는 과정을 포함하여 수행된다.
그리고 상기 나노필터유닛의 세척은 상기 3방향밸브를 통해 제 1 고압관의 유로가 개방된 상태에서 상기 나노필터유닛 상단에서 하단으로 고압을 제공하여 세척하는 과정을 포함하여 수행된다.
그리고 상기 메쉬필터유닛의 세척은 상기 3방향밸브를 통해 제 2 고압관의 유로가 개방된 상태에서 상기 메쉬필터유닛 상단에서 하단으로 고압을 제공하여 세척하는 과정을 포함하여 수행된다.
그리고 상기 부생가스 전처리 쿨러의 세척은 상기 제 2 고압관을 이용하여, 쿨러 내부의 승화가스를 흡입하여 배출하는 과정을 포함하여 수행된다.
한편, (A) 시료가스가 시료가스주입구로 인입되는 단계와; (B) 인입된 상기 시료가스가 냉각트레이에 구비된 쿨링유닛 및 히트파이프유닛에 의해 냉각되어, 상기 시료가스 중 승화물 및 수분이 응집되는 단계와; (C) 상기 제 (B) 단계에 의해 냉각되어 상기 냉각트레이를 통과한 소립자 승화물이 메쉬필터유닛에 응집되어 고착되는 단계와; (D) 상기 메쉬필터유닛을 통과한 미립자 승화물 및 더스트가 상기 나노필터유닛에 의해 포집되는 단계와; (E) 상기 시료가스가 상기 승화물 및 더스트가 제거되어 시료가스배출구로 배출되는 단계를 포함하여 수행된다.
이때, 상기 쿨링유닛은 저온을 생성하기 위해, 압축공기를 이용하여 냉각시키는 보텍스튜브 방식 또는 열전형상을 이용하는 펠티어소자 방식 중 어느 하나의 냉각방식이 이용된다.
그리고 상기 메쉬필터유닛은 상기 냉각트레이에서 응결되고, 시료가스에 부유되어 이동되는 소립자의 승화물을 포집하도록, 금속재로 형성되는 10 내지 25 mm 간격의 정방형 메쉬망으로 형성된다.
그리고 상기 나노필터유닛은 미디움필터, 헤파필터, 우파필터 중 어느 하나 이상의 필터가 이용되어, 상기 냉각트레이를 통과한 더스트 및 미립자의 승화물을 포집한다.
또한, (D) 포집된 상기 승화물 및 더스트를 분리하여 상기 쿨러 내부 및 필터를 세척하는 단계를 더 포함하여 수행되고: 상기 제 (D)단계는 (D1) 세척제주입구로부터 세척제가 상기 쿨러 내부로 주입되어 상기 쿨러 내부의 응집된 승화물의 분리를 유도하는 단계와; (D2) 상기 제 1 고압관연결구에 고압을 제공하여, 상기 세척제와 융화된 상기 나노필터유닛상의 승화물을 분리하여 하부로 낙하시키는 단계와; (D3) 상기 제 2 고압관연결구에 고압을 제공하여, 상기 세척제에 의해 상기 메쉬필터유닛으로부터 분리된 상기 메쉬필터유닛상의 승화물과 상기 나노필터유닛으로부터 분리되어 낙하한 승화물을 하부로 낙하시키는 단계와; (D4) 상기 세척제에 의해 상기 히트파이프유닛으로부터 분리된 상기 히트파이프유닛상의 승화물과, 상기 제 (D2)단계와 상기 제 (D3)단계에서 분리되어 낙하한 승화물을 낙하시키는 단계와; (D5) 상기 냉각트레이 하부에 형성된 승화물배출구를 통해 상기 승화물을 배출하는 단계를 포함하여 수행된다.
여기서, 상기 제 (D2) 단계의 상기 제 1 고압관연결구에 제공된 고압은 상기 나노필터유닛과 상기 필터하우징 내주면 사이의 이격된 공간을 통해, 상기 나노필터유닛에 형성된 다공성 유로의 상방으로부터 하방으로 이동되는 공기의 흐름을 유도한다.
이때, 상기 양방향펌프는 쿨러 내부 세척시 필요한 고압을 생성한다.
여기서, 상기 세척제는 상기 쿨러 내부 및 필터에 응집되어 고착된 승화물을 분해하여 상기 쿨러 내부 및 필터를 세척하기 위해, 스팀 및 질소가 이용된다.
그리고 (E) 상기 제 (D)단계에서 세척단계 이후, 고온스팀에 의해 기화된 승화가스를 흡입하여 배출하는 단계를 더 포함하여 수행된다.
위에서 살핀 바와 같은 본 발명의 구체적인 실시 예에 의한 부생가스 전처리 쿨러는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
즉, 본 발명은 제철공정에서 발생되는 부생가스 중 일부를 채취한 시료가스에 포함된 승화물 및 더스트의 포집 및 세척을 자동화하여 운용효율성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 쿨러 내 응집되어 고착된 승화물 세척이 용이하고, 세척과정에서 발생되는 승화가스의 제거가 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러를 이용한 부생가스 처리공정의 예를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러를 분해하여 도시한 분해도.
도 3은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러의 승화물 및 더스트 제거과정을 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러의 세척부의 구성을 도시한 예시도.
도 5는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러의 승화물 세척과정을 도시한 예시도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러를 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러의 부생가스 처리공정의 예를 도시한 예시도이고, 도 2는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러를 분해하여 도시한 분해도이다.
먼저, 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러의 구성을 설명하기 이전에, 제철공정에서 발생되는 부생가스를 포집하고 에너지로 환원하는 부생가스 처리공정에 대해 설명하고자 한다.
이와 같은 상기 부생가스 전처리 공정에서는 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 제철공정에서 발생되는 부생가스를 포집하여 에너지원으로 환원하는 것으로, 포집장치(400)가 용광료(300)에서 발생되는 부생가스를 포집한다.
여기서, 상기 부생가스는 포집장치(400)에서 포집되어, 메인이송관(410)을 통해 환원장치(500)로 이송된다.
이때, 상기 메인이송관(410)에는 상기 에너지원으로 환원하는 과정에서 부생가스의 성분을 분석하기 위한 것으로, 상기 부생가스 중 일부를 채취하는 시료채취관(413)이 구비된다.
이때, 상기 가스분석장치(200)에는 상기 시료채취관을 통해 채취된 시료가스가 제공된다.
한편, 상기 시료가스 중 포함된 승화물질이 상기 시료가스 이송과정에서 상대적으로 낮은 온도에 의해 고체화되어, 상기 시료채취관(413)에 응집되어 고착되고, 상기 시료채취관(413)을 차폐한다.
이와 같은 상기 승화물은 상기 가스분석장치(200)의 결함을 일으키는 원인이 된다.
이에 따라, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 불순물이 포함된 시료가스가 상기 가스분석장치(200)로 이송되기 이전에, 상기 불순물을 제거하는 부생가스 전처리 쿨러가 구비된다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러의 구성을 자세히 설명하고자 한다.
상술한 부생가스 전처리 쿨러는 시료가스를 냉각하는 냉각트레이(110)와 상기 냉각트레이(110)에서 냉각된 가스 중 승화물 및 더스트(dust)를 포집하도록 상기 냉각트레이(110) 상단에 결합되는 필터하우징(130) 그리고 상기 필터하우징(130)에서 상기 승화물 및 더스트가 제거된 시료가스를 배출하도록 상기 필터하우징(130) 상단에 결합되는 배출캡(150)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 냉각트레이(110)는 시료가스를 냉각시켜 승화물을 응집시키기 위해, 상기 냉각트레이(110) 일측에 구비되어, 저온을 생성하는 쿨링유닛(113)과 상기 냉각트레이(110) 내측에 구비되어 상기 쿨링유닛(113)에서 발생된 저온을 전달하는 히트파이프유닛(114)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 쿨링유닛(113)은 저온을 생성하기 위해, 압축공기를 이용하여 압축된 기체를 뜨거운 흐름과 차가운 흐름으로 분리시켜 냉각하는 보텍스 튜브(Vortex Tude) 방식 또는 두 종류의 금속을 접속하여 전류가 흐를 때 두 금속의 접합부에서 열이 발생되거나 흡수가 일어나는 열전현상을 이용하는 펠티어(Peltier)소자 방식 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
이때, 상기 냉각 방식 중 상기 보텍스 튜브 방식은 압축공기만을 이용하여 냉각하므로, 제철공정에서 발생되는 부생가스에 의한 폭발을 방지하기 위하여 폭발 위험이 높은 방폭지역에서 사용될 수 있다.
또한, 상기 펠티어소자 방식은 전기를 사용하여 냉각하는 방식으로, 위험물의 폭발 위험이 낮은 일반적인 비방폭지역에서 사용 될 수 있다.
다만, 상기 냉각방식뿐만 아니라 시료가스를 냉각하기 위한 다양한 냉각 방식이 적용될 수도 있다.
한편, 상기 냉각트레이(110)에는 상기 냉각트레이(110)의 내부온도를 나타내는 온도게이지(116)가 구비될 수 있다.
그리고 상기 히트파이프유닛(114)은 상기 쿨링유닛(113)에서 발생된 저온을 쿨러(100)내부로 신속하게 전달할 수 있도록, 다수 굴곡진 형태의 히트파이프 구조로 형성된다.
이때, 상기 히트파이프유닛(114)의 내부에는 기체 또는 액체의 냉매로 채워져 있어, 상기 냉매는 상기 히트파이프유닛(114)의 파이프를 따라 순환된다.
이에 따라, 상기 히트파이프유닛(114)은 상기 쿨링유닛(113)에서 발생된 저온을 상기 냉매의 순환에 의해 냉각트레이(110) 내부로 전달할 수 있다.
한편, 상기 냉각트레이(110) 일측에는 시료가스가 주입되는 상기 시료가스가 시료가스주입구(112)가 형성된다.
여기서, 상기 시료가스는 시료가스주입구(112)로 주입되어, 상기 히트파이프유닛(114)의 파이프 사이로 통과하면서 상기 쿨링유닛(113)에서 발생된 저온에 의해 시료가스 중 포함된 나프탈렌, 타르와 같은 승화물 및 수분이 1차로 응집된다.
그리고 상기 필터하우징(130)은 상기 냉각트레이(110)에서 냉각되어 통과한 시료가스 중 포함된 나프탈렌, 타르와 같은 승화물 및 더스트(dust)를 포집하는 역할을 수행한다.
이때, 상기 필터하우징(130)은 상기 히트파이프유닛(114)을 통과한 시료가스 중 소립자의 승화물을 2차로 걸러주는 메쉬필터유닛(131)과, 상기 메쉬필터유닛(131)을 통과한 시료가스 중 미립자의 승화물 및 더스트(dust)를 포집하는 나노필터유닛(133)이 구비된다.
이때, 상기 메쉬필터유닛(131)은 금속재질로 형성되고, 소립자의 승화물이 상기 메쉬필터유닛(131)상에 응집되어 고착된다.
여기서, 상기 메쉬필터유닛(131)은 10 내지 25 mm의 정방형 금속망으로 형성될 수 있다.
그리고 상기 나노필터유닛(133)은 상기 메쉬필터유닛(131)을 통과한 시료가스 중 미립자의 승화물 및 더스트를 포집하는 역할을 수행한다.
여기서, 상기 나노필터유닛(133)은 미디움필터(Midium-Filter), 헤파필터(HEPA-Filter), 울파필터(ULPA-Filter) 그리고 케미칼필터(Chemical-Filter) 중 어느 하나 이상의 필터가 적용될 수 있다.
이에 따라, 상기 필터하우징(130)의 내부로 유입된 시료가스에 포함된 미립자의 승화물 및 더스트가 포집될 수 있다.
여기서, 상기 소립자 승화물 및 미립자 승화물은 승화물 결정의 크기에 따라 구분한 것으로, 상기 소립자 승화물은 육안으로 확인되는 정도의 입자인 승화물을 의미하고, 상기 미립자 승화물은 육안으로 확인되지 않으나 상기 다공성부재에 걸러지는 정도의 미세한 입자인 승화물을 의미한다.
즉 상기 소립자 승화물은 상기 메쉬필터유닛(131)에 의해 필터링되는 정도의 승화물로 직경이 대략 30밀리미터 이하인 결정입자를 말하고, 상기 미립자의 승화물은 상기 나노필터유닛(133)에 의한 필터링되는 정도의 승화물로 직경이 10마이크로미터 이하의 미세 결정입자를 말한다.
그리고 상기 배출캡(150)은 상기 승화물 및 더스트가 제거된 시료가스가 배출되는 시료가스배출구(151)가 형성될 수 있다.
이에 따라, 시료가스는 상기 냉각트레이(110)와 상기 필터하우징(130)을 통과하여 나프탈렌, 타르, 수분, 더스트와 같은 불순물이 제거된 상태로 배출되어, 상기 가스분석장치(200)로 이송된다.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러의 승화물 포집과정에 대해 자세히 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러의 승화물 및 더스트 제거과정을 도시한 예시도이다.
상기 도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러에서는 메인이송관(410)에서 채취된 시료가스가 시료가스주입구(112)로 주입된다.
이때, 상기 히트파이프유닛(114)은 상기 냉각트레이(110)에 구비된 상기 쿨링유닛(113)에서 생성되어 전달된 저온으로, 상기 냉각트레이(110) 내부로 인입된 상기 시료가스를 냉각시킨다.
이에 따라, 상기 냉각트레이(110)에서는 상기 시료가스 중 승화물 및 수분이 응집된다.
이후, 상기 냉각트레이(110)를 통과한 승화물 및 더스트가 포함된 시료가스가 메쉬필터유닛(131)을 통과하여 상기 메쉬필터유닛(131)상에 소립자의 승화물이 응집되어 고착된다.
그리고 상기 나노필터유닛(133)에서는 상기 메쉬필터유닛(131)을 통과한 시료가스 중 미립자의 승화물 및 더스트가 포집된다.
이후, 상기 승화물 및 더스트가 제거된 시료가스는 시료가스배출구(151)로 배출된다.
즉, 상술한 승화물 및 더스트를 포집하는 과정을 거친 후 배출된 시료가스는 승화물과 더스트가 제거된 상태로 시료가스배출관(173)을 통해 가스분석장치(200)로 이송된다.
한편, 상술한 승화물 및 더스트는 포집과정에서 상기 쿨러(100) 내부에 응집되어 고착되는데, 상기 승화물 및 더스트를 상기 쿨러(100) 내부 및 상기 필터유닛들로부터 분리하고, 세척하기 위한 구성은 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러에서 상술한 포집과정에서 쿨러(100) 내부에 포집된 상기 승화물 및 더스트를 세척하기 위한 구성 및 과정에 대해서 자세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 구체적인 실시예 의한 부생가스 전처리 쿨러에서 상기 승화물 및 더스트를 분리하고, 상기 쿨러(100) 내부를 세척하기 위한 구성을 자세히 설명한다.
본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러에서는 상기 승화물과 더스트를 포집하는 과정에서 상기 쿨러(100)에 응집되어 고착된 상기 승화물과 더스트를 배출하기 위하여, 상기 냉각트레이(110)에는 응집된 승화물을 배출하는 승화물배출구(115)가 형성된다.
그리고 상기 필터하우징(130)에는 상기 메쉬필터유닛(131)을 세척하기 위한 제 1 고압관연결구(135)와 상기 나노필터유닛(133)를 세척하기 위한 제 2 고압관연결구(137)가 구비된다.
그리고 상기 배출캡(150)에는 상기 쿨러(100) 내부에 응집되어 고착된 승화물을 분해하고 세척하기 위한 세척제을 주입하는 세척제주입구(153)가 형성된다.
여기서, 상기 세척제주입구(153)에는 상기 세척제를 제공하기 위한 세척제공급관(175)이 결합된다.
이때, 상기 세척제공급관(175)에는 상기 세척제가 공급 또는 차단될 수 있도록 세척제차단밸브(176)가 구비될 수 있다.
한편, 상기 세척제는 상기 쿨러(100) 내부 및 필터에 응집된 승화물을 분리하고 세척하기 위해 스팀 및 질소가 이용되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 승화물 및 더스트는 상기 세척제에 의해 분리되고, 분해된 상기 승화물 및 더스트는 상기 냉각트레이(110)에 구비된 상기 승화물배출구(115)를 통해 제거될 수 있다.
한편, 상기 필터하우징(130)에 구비된 상기 제 1 고압관연결구(135)와 상기 제 2 고압관연결구(137)에는 상기 세척제에 의해 분리된 승화물을 세척하기 위하여 고압을 생성하는 양방향펌프(170)가 연결될 수 있다.
여기서, 상기 양방향펌프(170)는 분리된 승화물이 하방으로 낙하되도록 쿨러(100) 내부로 고압을 제공하는 역할을 수행한다.
이때, 상기 양방향펌프(170)에는 상기 고압을 제공하는 연결관(171)이 구비된다.
여기서, 상기 연결관(171)에는 상기 제 1 고압관연결구(135)에 결합되는 제 1 고압관(172)이 분기되어 형성되고, 상기 제 2 고압관연결구(137)에 결합되는 제 2 고압관(173)이 분기되어 형성된다.
이때, 상기 제 1 고압관(172)과 상기 제 2 고압관(173)의 분기점에는 상기 양방향펌브(170)에서 생성되는 고압을 상기 제 1 고압관(172) 또는 상기 제 2 고압관(173)으로 제공되도록 유로의 흐름을 조절하거나, 상기 제 1 고압관(172) 및 상기 제 2 고압관(173)의 유로가 차단되도록 제어하는 3방향밸브(174)가 구비된다.
이때, 상기 3방향밸브(174)는 상기 고압관 내부에 회전축을 중심으로 회동하도록 형성된다.
이와 같은 상기 3방향밸브(174)는 상기 제 1 고압관연결구(135)로 상기 양방향펌프(170)에서 생성된 고압을 주입시, 상기 제 2 고압관(173)으로 고압이 유입되지 않도록 상기 제 2 고압관(173)의 유로를 차단하여, 상기 제 1 고압관(172)으로 상기 고압이 제공되도록 한다
또한, 상기 3방향밸브(174)는 상기 제 2 고압관연결구(137)로 상기 양방향펌프(170)에서 생성된 고압을 주입시, 상기 제 1 고압관(172)으로 고압이 유입되지 않도록 상기 제 1 고압관(172)의 유로를 차단하여, 상기 제 2 고압관(173)으로 상기 고압이 제공되도록 한다.
그리고 상기 3방향밸브(174)는 상기 세척제 주입시, 상기 연결관(171)으로 상기 체척제가 유입되지 않도록 상기 연결관(171)을 차단할 수 있다.
한편, 상기 양방향펌프(170)는 상술한 세척과정 중, 승화물이 고온스팀에 의해 기화되는 승화가스의 일부가 상기 쿨러(100) 내부에 남아있는 상기 승화가스를 흡입하여 배출하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 양방향펌프(170)를 이용한 승화가스 흡입은 별도의 관을 이용하지 않으며, 가스의 흐름을 방해하지 않고 승화가스를 흡입하도록 상기 제 2 고압관연결구(137)를 통해 흡입될 수 있다.
즉, 상기 쿨러(100)는 세정과정에서 제공되는 고온의 스팀에 의해 온도가 상승된 상태가 유지된다.
이에 따라, 상기 쿨러(100) 내부에는 다량의 기화된 승화물이 포화된 상태로 용해되어 있고, 이때, 상기 쿨러(100)의 재가동에 의해 상기 쿨러(100) 내부의 온도가 하강하면, 다량의 기화된 승화물이 응집되어 상기 쿨러(100) 내부에 고착된다.
따라서, 상기 양방향펌프(170)를 이용한 승화가스 흡입은, 고온의 내부 기체를 제거하여 기화된 승화물이 포함된 상기 쿨러(100) 재가동시, 상기 쿨러(100) 내부에 재응집되어 고착되는 것을 예방하기 위함이다.
이와 같은 상기 승화가스 흡입은 상기 3방향밸브(174)에 의해, 상기 제 2 고압관(173)의 유로가 개방되고, 상기 제 1 고압관(172)의 유로는 차단된 상태에서 수행된다.
또한, 상기 세척제공급관(175)에 구비된 상기 세척제차단밸브(176)는 상기 승화가스 흡입시, 세척제가 흡입되지 않도록 세척제 공급을 차단할 수 있다.
상술한 구성을 이용한 쿨러 내부 세척과정은 아래에서 보다 자세하게 설명한다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 부생가스 전처리 쿨러의 세척과정을 자세히 설명하고자 한다.
먼저, 상기 쿨러(100) 내부를 세척하고 응집되어 고착된 승화물을 분해하기 위하여 세척제가 주입된다.
여기서, 상기 세척제는 세척제공급관(175)을 통해 이송되어 상기 세척제공급관(175)과 연결된 세척제주입구(153)에 주입된다(S1).
이때, 상기 세척제주입구(153)에 주입된 세척제는 상기 쿨러(100) 내부 및 필터에 응집되어 고착된 승화물 및 더스트가 분리되도록 유도한다.
여기서, 상기 세척제와 융화된 승화물 및 더스트는 제 1 고압관연결구(135)에 공급되는 고압에 의해 상기 나노필터유닛(133)의 상단에서 하단으로 낙하된다(S2).
이후, 상기 나노필터유닛(133)으로부터 낙하된 상기 승화물 및 더스트와 상기 세척제와 융화된 상기 메쉬필터유닛(131)상의 승화물 및 더스트는 제 2 고압관연결구(137)에 공급되는 고압에 의해 상단에서 하단로 낙하된다.
또한, 상기 나노필터유닛(133) 및 상기 메쉬필터유닛(131)으로부터 낙하된 상기 승화물 및 더스트와 히트파이프유닛(114)에 응집되어 고착된 승화물이 분리되고, 상기 승화물 및 더스트는 상기 제 2 고압관연결구(137)에 공급되는 고압에 의해 하방으로 낙하된다(S3).
이에 따라, 상기 필터하우징(130) 내부, 상기 나노필터유닛(133), 상기 메쉬필터유닛(131) 및 상기 히트파이프 유닛으로부터 분리되어 낙하된 승화물 및 더스트는 상기 냉각트레이(110)에 적치되고, 상기 냉각트레이(110) 하부에 형성된 승화물배출구(115)를 통해 배출된다(S4).
한편, 상기 제 4 단계에 의해 상기 승화물이 배출된 이후, 상기 양방향펌프(170)는 세척과정에서 발생하여 상기 쿨러(100) 내부에 남아 있는 승화가스를 흡입한다(S5).
이때, 상기 세척제차단밸브(176)는 상기 양방향펌브(170)가 상기 승화가스를 흡입시, 세척제가 흡입되는 것을 방지하기 위하여 차단된다.
그리고 상기 흡입된 승화가스가 외부로 배출되면, 세척과정이 종료된다.
상술한 바와 같은 승화가스 흡입은 상기 쿨러(100) 내부 세척 후, 잔여 승화가스가 재응집되어 고착되는 것을 방지하기 위해, 쿨러(100) 내부의 세척 상태를 유지하기 위함이다.
이와 같은 본 발명은 자동화로 구성되어, 관리자가 쿨러(100)를 운용함에 있어서, 설비운용이 용이하며, 설비운용 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명의 권리는 이상에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리 범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
제철공정에서 발생되는 부생가스를 에너지로 환원하기 위한 가스성분 분석을 위하여, 포집한 부생가스를 가스성분 분석장치로 이송하는 이송배관에 응집되어 고착되는 승화물을 제거하는 부생가스 전처리 쿨러에 관한 것으로, 본 발명은 제철공정에서 발생되는 부생가스 중 일부를 채취한 시료가스에 포함된 승화물 및 더스트의 포집 및 세척을 자동화하여 운용효율성이 향상되는 효과가 있다.
100 : 쿨러 110 : 냉각트레이
112 : 시료가스주입구 113 : 쿨링유닛
114 : 히트파이프유닛 115 : 승화물배출구
130 : 필터하우징 131 : 메쉬필터유닛
133 : 나노필터유닛 135 : 제 1 고압관연결구
137 : 제 2 고압관연결구 150 : 배출캡
151 : 시료가스배출구 153 : 세척제주입구
170 : 양방향펌프 171 : 연결관
172 : 제 1 고압관 173 : 제 2 고압관
174 : 3방향밸브 175 : 세척제공급관
176 : 세척제차단밸브 200 : 가스분석장치
300 : 용광로 400 : 포집장치
410 : 메인이송관 413 : 시료채취관
500 : 환원장치

Claims (17)

  1. 시료가스를 냉각시켜 승화물이 응집되어 저장되도록 박스형으로 형성되는 냉각트레이와;
    상기 냉각트레이를 통과한 승화물을 걸러내는 메쉬필터유닛과;
    상기 메쉬필터유닛을 통과한 미립자의 승화물과 더스트를 포집하는 나노필터유닛이 구비되어 상기 냉각트레이 상단에 결합되는 필터하우징; 그리고
    상기 필터하우징에서 걸러진 시료가스가 배출되도록 상기 필터하우징 상단에 결합되는 배출캡를 포함하여 구성되고:
    상기 냉각트레이에는,
    상기 냉각트레이 외측에 구비되어 저온을 생성하는 쿨링유닛과;
    상기 냉각트레이 내측에 설치되어 상기 쿨링유닛에서 발생된 저온을 전달받아 상기 냉각트레이 내부로 인입되는 시료가스를 냉각하여 승화물을 응집하는 히트파이프유닛이 구비되며:
    상기 필터하우징에는,
    상기 필터하우징 하부에 구비되어, 상기 냉각트레이를 통과한 시료가스에 포함된 미립자의 승화물이 응집되어 고착되는 메쉬필터유닛과;
    상기 필터하우징 내부에, 더스트 및 미립자의 승화물을 포집하도록 다공성부재로 형성되는 나노필터유닛이 구비되며:
    상기 배출캡 상부 일측에는,
    쿨러 내부를 세척하기 위한 세척제가 주입되는 세척제주입구가 형성되고:
    상기 냉각트레이 하부에는,
    상기 냉각트레이 내부에 적치되는 승화물을 배출하는 승화물배출구가 형성되며:
    상기 세척제주입구는,
    상기 쿨러 내부 및 필터에 응집되어 고착된 승화물을 분해하기 위한 세척제가 주입되도록, 세척제를 공급하는 세척제주입관과 연결되고:
    상기 세척제는,
    상기 쿨러 내부 및 필터에 응집되어 고착된 승화물을 분리하여, 상기 쿨러 내부 및 필터를 세척하기 위해, 스팀 및 질소가 이용되고:
    상기 필터하우징에 형성된 제 1 고압관연결구와 제 2 고압관연결구에는,
    상기 필터하우징 내부에 고압을 제공하는 양방향펌프가 연결되고:
    상기 양방향펌프는,
    상기 필터하우징 내부 세척시 필요한 고압을 생성함 특징으로 하는 부생가스 전처리 쿨러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각트레이 일측에는,
    시료가스가 주입되는 시료가스주입구가 형성되고:
    상기 냉각트레이 상부에는,
    상기 필터하우징이 결합되는 결합부가 형성됨을 특징으로 하는 부생가스 전처리 쿨러.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 쿨링유닛은,
    저온을 생성하기 위해, 압축공기를 이용하여 냉각시키는 보텍스튜브 방식 또는 열전현상을 이용하는 펠티어소자 방식 중 어느 하나의 냉각방식이 이용됨을 특징으로 하는 부생가스 전처리 쿨러.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 히트파이프유닛은,
    상기 파이프 내부를 순환하는 기체 또는 액체의 냉매를 포함하여 구성되고;
    상기 쿨링유닛에서 생성된 저온을 상기 냉각트레이 내부로 전달하여 상기 냉각트레이 내부로 주입되는 시료가스를 냉각함을 특징으로 하는 부생가스 전처리 쿨러.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 메쉬필터유닛은,
    상기 냉각트레이에서 응결되고, 시료가스에 부유되어 이동되는 소립자의 승화물을 포집하도록, 금속재로 형성되는 10 내지 25 mm 간격의 정방형 메쉬망으로 형성됨을 특징으로 하는 부생가스 전처리 쿨러.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 나노필터유닛은,
    미디움필터, 헤파필터, 우파필터 중 어느 하나 이상의 필터가 이용되어, 상기 냉각트레이를 통과한 더스트 및 미립자의 승화물을 포집함을 특징으로 하는 부생가스 전처리 쿨러.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배출캡 상단에는,
    승화물 및 더스트가 제거된 시료가스가 배출되도록 시료가스배출구가 형성됨을 특징으로 하는 부생가스 전처리 쿨러.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 양방향펌프에는,
    생성된 고압을 제공하는 연결관이 연결되고:
    상기 연결관에는,
    상기 연결관에서 분기되어 상기 나노필터유닛 세척을 위한 펌프압을 제공하도록 형성되는 제 1 고압관과;
    상기 연결관에서 분기되어 상기 메쉬필터유닛 세척을 위한 펌프압을 제공하도록 형성되는 제 2 고압관이 연결되고:
    상기 필터하우징 일측에는,
    상기 나노필터유닛을 세척하기 위한 펌프압이 유입되는 제 1 고압관연결구와 상기 메쉬필터유닛을 세척하기 위한 펌프압이 유입되는 제 2 고압관연결구가 형성됨을 특징으로 하는 부생가스 전처리 쿨러.
  13. 제 12 항에 있어서
    상기 제 1 고압관과 상기 제 2 고압관의 분기점에는,
    상기 제 1 고압관의 유로, 상기 제 2 고압관의 유로 및 상기 연결관의 유로를 선택적으로 개폐하여, 상기 양방향펌프에서 생성된 고압을 차단하거나 상기 제 1 고압관의 유로 또는 상기 제 2 고압관의 유로로 제공하는 3방향밸브가 구비됨을 특징으로 하는 부생가스 전처리 쿨러.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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