KR102191369B1 - 용해성 유해 가스 분리 장치 - Google Patents

Abstract

용해성 유해 가스 분리 장치가 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치는 유해 가스가 주입되는 유해 가스 주입부와 용해제가 주입되는 용해제 주입부가 구비되고, 상기 유해 가스 주입부와 상기 용해제 주입부를 통해 유입된 유해 가스와 용해제가 그 내부에서 1차로 혼합되는 메인 기-액 접촉부; 상기 메인 기-액 접촉부의 수직 하방에 배치되고, 상기 메인 기-액 접촉부에서 1차로 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물이 2차로 혼합하는 적어도 하나의 보조 기-액 접촉부; 및 상기 보조 기-액 접촉부의 수직 하방에 배치되고, 상기 보조 기-액 접촉부에서 2차로 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물을 분리하여 회수하는 분리 회수부;를 포함할 수 있다.

Description

용해성 유해 가스 분리 장치 {APPARATUS FOR SEPARATING SOLUBLE EXHAUST GAS}

본 발명은 용해성 유해 가스 분리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연소 및 배기 가스 내에 존재하는 용해성 유해 가스를 유해 가스와 용해제의 기-액 접촉(gas-liquid contact)을 통해 분리하기 위한 용해성 유해 가스 분리 장치에 관한 것이다.

연소 과정 및 제품 생산 공정에서 발생하는 다양한 유해 가스는 대기 중으로 배출되어 산성비, 이상 기후, 산림 파괴 등 환경에 영향을 줄 뿐만 아니라 인체에 흡입되면 급성 중독, 호흡기 질환, 피부 질환, 및 가시 거리 감소 등 인체와 생활에 직, 간접적인 영향을 주고 있다. 그럼에도 불구하고 산업 발달에 따른 연소 및 배기 가스의 계속적인 배출은 불가피하기 때문에, 유해 가스의 적절한 분리 및 처리가 반드시 필요한 실정이다.

연소 및 배기 가스 처리 시스템에서 활용되는 대표적인 것으로 세정제의 오염 가스 흡수 원리를 활용한 세정집진장치(스크러버, scrubber)가 있다. 이는 배기 가스와 세정제를 직접 접촉하여 배기 가스 내에 존재하는 유해 가스를 흡수한다. 제거하고자 하는 대상 가스에 따라 다양한 세정제가 적용 가능하다는 장점이 있으며, 다양한 형태의 스크러버를 통해 물질 전달 속도를 조절함으로써 높은 제거 효율을 기대할 수 있다.

일반적으로 스크러버는 제거하고자 하는 오염 물질 및 세정제의 상태 (고체, 액체, 기체)에 따라 건식 스크러버(dry scrubber), 반건식 스크러버(spray dry scrubber), 습식 스크러버(wet scrubber)로 구분할 수 있다. 스크러버의 오염 물질과 세정제의 접촉 방식은 물성(농도, 점도 등)에 따라 결정되어, 유수식, 가압수식, 회전식, 직화식, 전기히터식, 촉매흡착식 등이 있으며 분수, 벤츄리, 냉각탑, 기포탑, 분무탑, 충진탑 등의 형태가 있다.

이 중 세정제의 흡수에 의한 연소 및 배기 가스의 오염 가스 제거에 있어서 가장 적합한 습식 스크러버는 액적, 액막, 기포 등에 의해 함진 가스를 세정하여 입자에 부착, 입자상호간의 응집을 촉진시켜 직접 가스의 흐름으로부터 입자를 분리시키는 장치이다. 유수식, 가압수식, 회전식이 적합하며 일반적으로 많이 쓰이는 방법은 throat 구조를 이용한 집진효율이 가장 높은 벤츄리 스크러버, 사이클론 시스템의 회전원리를 이용한 사이클론 스크러버, 분사를 이용한 분무식 스크러버 등이 있다.

그러나 습식 스크러버의 경우 용해제의 고압분사, 또는 패킹을 사용하여 액-기 물질 전달 표면적을 증가시켜 흡수 효율을 증가시키는 방식이므로 높은 운전비를 요구하거나 낮은 흡수 효율을 가지며, 이를 극복하기 위해서 스크러버의 규모가 커짐에 따라 높은 투자비가 요구 된다. 특히, 벤츄리 스크러버의 경우 오염 가스 처리 효율이 상대적으로 높으나 과도한 압력 손실로 인해 높은 운전 동력비가 요구되며, 사이클론 또는 분무식 스크러버의 경우 압력 손실이 적으나 오염 가스 제거 효율이 낮다. 따라서, 오염 가스 제거 효율 및 낮은 동력비를 모두 만족하는 새로운 시스템의 개발이 요구된다.

습식 스크러버의 효율을 결정하는 요소는 기체와 액체 사이의 물질 전달과 체류시간이 있다. 물질 전달은 기-액 접촉 계면의 면적 및 시간에 비례하며, 체류시간은 스크러버 장치의 기-액 접촉 부의 길이와 단계에 의해 결정된다. 이를 위해 액상의 세정제를 미립화 하여 접촉 계면을 최대화하거나 오염 가스를 마이크로 단위 이하로 세정제에 분사하는 방법이 일반적이며, 다단 구성을 통해 충분한 체류시간을 유지하여 기-액 접촉 시간을 확보한다. 그 밖에도 스크러버 벽면에 패들(paddle) 또는 임펠러(impeller)를 통해하여 물리적 와류를 형성하여 교반 효과를 주는 방법도 있으며 스크러버 내부에 유체의 이동 경로(flow path)을 구성하여 유체의 흐름을 유도하는 방법도 있다.

스크러버는 다양한 종류와 형태가 있으나 높은 오염 가스 제거 효율과 적절한 동력비를 모두 만족하기 위해서는 더 나은 장치의 개발이 필요하다. 또한, 미세 분사 장치나 미립화 장치와 같은 유지, 보수가 필요한 공정을 최소화 함으로써 장치의 수명과 유지비용을 최소화 하는 효율적인 공정이 필요하다. 뿐만 아니라, 스크러버의 체류시간을 고려하여 장치의 다단 구성에 있어 최소한의 공간 및 설치비용이 요구되며, 다단 구성 요소 간의 유체 전달 동력을 필요로 하지 않는 에너지 효율적인 공정이 필요하다. 결과적으로, 다양한 배출원에서의 연소 및 배기 가스에 있어 배출량을 고려하여 효율적인 오염 가스의 제거와 최소한의 동력비 및 유지, 보수비를 가지는 현장적용성이 뛰어난 기술 개발이 필요하다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화석 연료의 연소에 의해 발생하는 배기 가스와 용해제를 기-액 접촉을 통해 혼합하고, 용해성 가스가 용해된 용해제와 비용해성 가스를 분리 회수할 수 있는 용해성 유해 가스 분리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치는 유해 가스가 주입되는 유해 가스 주입부와 용해제가 주입되는 용해제 주입부가 구비되고, 상기 유해 가스 주입부와 상기 용해제 주입부를 통해 유입된 유해 가스와 용해제가 그 내부에서 1차로 혼합되는 메인 기-액 접촉부, 상기 메인 기-액 접촉부의 수직 하방에 배치되고, 상기 메인 기-액 접촉부에서 1차로 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물이 2차로 혼합하는 적어도 하나의 보조 기-액 접촉부, 및 상기 보조 기-액 접촉부의 수직 하방에 배치되고, 상기 보조 기-액 접촉부에서 2차로 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물을 분리하여 회수하는 분리 회수부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치는 상기 메인 기-액 접촉부의 내부에 구비되어 상기 유해 가스 주입부와 상기 용해제 주입부를 통해 유입된 유해 가스와 용해제를 1차로 혼합하는 메인 임펠러를 더 포함할 수 있다.

상기 메인 기-액 접촉부는 원통 형상의 메인 몸통부, 및 상기 메인 몸통부의 하부에 구비되고 상부에서 하부로 갈수록 직경이 점차적으로 작아지는 메인 사이클론부를 포함할 수 있다.

상기 메인 사이클론부의 내주에는 상기 메인 임펠러에 의해 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물이 흐르는 사이클론 유체 이동로가 형성될 수 있다.

상기 사이클론 유체 이동로에는 유해 가스와 용해제의 혼합물이 상기 메인 사이클론부의 내부로 분사되도록 복수의 오리피스 홀이 형성될 수 있다.

상기 메인 사이클론부의 하부에는 상기 오리피스 홀을 통해 분사된 유해 가스와 용해제의 혼합물이 상기 보조 기-액 접촉부로 이동하는 메인 유체 배출로가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치는 상기 보조 기-액 접촉부의 내부에 구비되어 상기 메인 기-액 접촉부에서 혼합되어 유입된 유해 가스와 용해제의 혼합물을 2차로 혼합하는 보조 임펠러를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치는 상기 보조 임펠러의 중앙에는 상기 메인 기-액 접촉부에서 공급된 유해 가스와 용해제의 혼합물이 분사되는 다공성 분무 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 보조 기-액 접촉부는 원통 형상의 보조 몸통부, 및 상기 보조 몸통부의 하부에 구비되고 상부에서 하부로 갈수록 직경이 점차적으로 작아지는 보조 사이클론부를 포함할 수 있다.

상기 보조 사이클론부의 하부에는 유해 가스와 용해제의 혼합물이 상기 분리 회수부로 이동하는 보조 유체 배출로가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치는 상기 분리 회수부의 내부에 구비되어 상기 보조 기-액 접촉부에서 혼합되어 유입된 유해 가스와 용해제의 혼합물을 혼합하는 분리 임펠러를 더 포함할 수 있다.

상기 분리 회수부는 원통 형상의 분리 몸통부, 및 상기 분리 몸통부의 하부에 구비되고 상부에서 하부로 갈수록 직경이 점차적으로 작아지는 분리 사이클론부를 포함할 수 있다.

상기 분리 회수부에는 상기 분리 임펠러에 의해 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물을 기체와 액체로 분리하는 기-액 분리기가 구비될 수 있다.

상기 분리 회수부에는 상기 기-액 분리기에 의해 분리된 비용해성 가스가 배출되는 가스 유출관이 구비될 수 있다.

상기 사이클론부의 하부에는 상기 기-액 분리기에 의해 분리된 용해제가 저장되는 용해제 저장소가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치는 상기 용해제 저장소에 저장된 용해제를 상기 메인 기-액 접촉부로 공급하는 용해제 순환 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 용해제 순환 장치는 상기 상기 용해제 저장소와 상기 용해제 주입부를 연결하는 용해제 연결 라인, 상기 용해제 연결 라인에 구비되어 상기 용해제 연결 라인을 흐르는 용해제를 펌핑하는 용해제 펌프, 및 상기 상기 용해제 연결 라인을 흐르는 용해제를 정제하고 상기 용해제에 용해된 유해 가스를 분리하는 정제부를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 용해성 유해 가스 분리 장치에 의하면, 고농도의 유해 가스를 저농도의 용해제로 흡수할 수 있고, 하나의 구동 모터를 통해 메인 임펠러, 보조 임펠러, 및 분리 임펠러가 회전하기 때문에 높은 에너지 효율을 통해 유해 가스를 제거할 수 있다.

또한, 보조 기-액 접촉부가 다단으로 복수 개 구비됨으로써, 유해 가스의 농도와 용해도에 따라 실제 현장에의 적용성이 향상될 수 있다.

또한, 종래의 습식 스크러버 방식과 비교하여 규모가 작고 낮은 동력 에너지가 요구되는 점에서 소규모 발전소, 제조 시설, 선박 등에 효과적으로 적용할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 메인 기-액 접촉부의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보조 기-액 접촉부의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분리 회수부의 구성을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 임펠러의 구성을 도시한 도면이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 용해성 유해 가스 분리 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 용해성 유해 가스 분리 장치는 유해 가스와 용해제를 1차로 혼합하는 메인 기-액 접촉부(100), 상기 메인 기-액 접촉부(100)에서 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물이 2차로 혼합되는 보조 기-액 접촉부(200), 및 상기 보조 기-액 접촉부(200)에서 2차로 혼합된 혼합물을 분리하여 회수하는 분리 회수부(300)를 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 메인 기-액 접촉부(100)의 구성을 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 메인 기-액 접촉부(100)는 원통 형상의 메인 몸통부(110), 및 상기 메인 몸통부(110)의 하부에 구비되고 상부에서 하부로 갈수록 직경이 점차적으로 작아지는 메인 사이클론부(120)를 포함한다.

상기 메인 사이클론부(120)에 의해 유해 가스와 용해제의 혼합물은 상부에서 하부로 수렴하게 된다. 상기 메인 사이클론부(120)의 내부에는 유체의 흐름을 방해하는 와류를 형성할 수 있는 플레이트, 베플(Baffle), 또는 유로가 형성될 수 있다.

상기 메인 사이클론부(120)의 재질은 산-염기에 부식성이 없거나 낮은 스테인레스 스틸(예를 들어, SUS 316, SUS 316L, SUS 304, SUS 304L, 또는 SUS 314L 등), Au, Pt, Ti, Cr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속, 귀금속 및 금속화합물일 수 있다.

상기 메인 몸통부(110)에는 유해 가스가 주입되는 유해 가스 주입부(111)와 용해제가 주입되는 용해제 주입부(113)가 구비되고, 상기 메인 기-액 접촉부(100)의 내부에는 유해 가스와 용해제를 1차로 혼합하는 메인 임펠러(140)가 구비된다. 바람직하게는, 상기 메인 임펠러(140)는 메인 몸통부(110)의 내부에 구비될 수 있다. 따라서, 유해 가스 주입부(111)를 통해 유입된 유해 가스와 용해제 주입부(113)를 통해 유입된 용해제는 메인 임펠러(140)의 회전에 의해 메인 기-액 접촉부(100)의 내부에서 1차로 혼합된다.

상기 유해 가스 주입부(111)와 상기 용해제 주입부(113)의 재질은 산-염기에 부식성이 없거나 낮은 스테인레스 스틸 (예를 들어, SUS 316, SUS 316L, SUS 304, SUS 304L, 또는 SUS 314L 등), Au, Pt, Ti, Cr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속 또는 금속화합물을 포함한다.

상기 메인 임펠러(140)는 메인 기-액 접촉부(100) 내부의 유해 가스와 용해제의 혼합물의 흐름과 와류를 발생시키기 위한 것으로, 상단부는 개방되고 하단부는 폐쇄된 형태를 갖는다. 상기 유해 가스 주입부(111)를 통해 주입된 유해 가스와 상기 용해제 주입부(113)를 통해 주입된 용해제는 메인 임펠러(140)가 회전에 의해 발생된 원심력에 의해 메인 임펠러(140) 회전 방향의 접선 방향으로 혼합물을 밀어낸다. 상기 메인 임펠러(140)는 도 8 내지 도 13에 도시된 바와 같은 반경류 임펠러(Radial Impeller)를 포함할 수 있다.

상기 메인 임펠러(140)의 재질은 산-염기에 부식성이 없거나 낮은 스테인레스 스틸 (예를 들어, SUS 316, SUS 316L, SUS 304, SUS 304L, 또는 SUS 314L 등), Au, Pt, Ti, Cr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속, 귀금속 또는 금속화합물, 및 PP(polypropylene), PE(polyethylene), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PA(polyamide), PVC(polyvinyl chloride) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 합성 수지류, 에폭시수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열경화성 수지류를 포함한다.

상기 유해 가스 주입부(111)를 통해 주입되는 유해 가스는 화력발전소, 석유화학공업, 제조업, 선박업 등에서 발생하는 유해 가스를 포함한 모든 가스일 수 있다. 상기 용해제 주입부(113)를 통해 주입되는 용해제는 수성, 유기성, 또는 특정 흡착 촉매 및 화학성분을 포함하는 유해 가스를 흡수할 수 있는 용해제일 수 있다.

상기 유해 가스 주입부(111)를 통해 주입되는 유해 가스와 상기 용해제 주입부(113)를 통해 주입되는 용해제는 상기 메인 기-액 접촉부(100)내의 메인 임펠러(140) 회전 방향의 x축, y축, 및 대각선 방향으로 주입될 수 있다. 그리고 상기 유해 가스 주입부(111)를 통해 주입되는 유해 가스와 상기 용해제 주입부(113)를 통해 주입되는 용해제의 분사 형태는 관형, 분사형, 노즐형, 스프레이형일 수 있다.

상기 메인 사이클론부(120)의 내주에는 상기 메인 임펠러(140)에 의해 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물이 흐르는 사이클론 유체 이동로(121)가 형성된다. 상기 유체 이동로(121)의 하부(메인 사이클론부(120)의 하부)에는 유체 정체부(123)가 형성된다.

사이클론 유체 이동로(121)에는 유해 가스와 용해제의 혼합물이 상기 메인 사이클론부(120)의 내부로 분사되도록 복수의 오리피스 홀(131)이 형성되는 링 형상의 오리피스 판(130)이 구비된다. 즉, 상기 오리피스 판(130)에 형성되는 오리피스 홀(131)의 단면적은 메인 정체부의 단면적보다 작게 형성된다.

상기 오리피스 판(130)의 재질은 산-염기에 부식성이 없거나 낮은 스테인레스 스틸 (예를 들어, SUS 316, SUS 316L, SUS 304, SUS 304L, 또는 SUS 314L 등), Au, Pt, Ti, Cr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속, 귀금속 또는 금속화합물, 및 PP(polypropylene), PE(polyethylene), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PA(polyamide), PVC(polyvinyl chloride) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 합성 수지류, 에폭시수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열경화성 수지류를 포함한다.

상기 메인 사이클론부(120)의 중앙 하부에는 상기 오리피스 홀(131)을 통해 분사된 유해 가스와 용해제의 혼합물이 상기 보조 기-액 접촉부(200)로 이동하는 메인 유체 배출로(129)가 형성된다.

상기 메인 유체 배출로(129)의 재질은 산-염기에 부식성이 없거나 낮은 스테인레스 스틸 (예를 들어, SUS 316, SUS 316L, SUS 304, SUS 304L, 또는 SUS 314L), Au, Pt, Ti, Cr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속, 귀금속 또는 금속화합물, 및 PP(polypropylene), PE(polyethylene), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PA(polyamide), PVC(polyvinyl chloride) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 합성 수지류, 에폭시수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열경화성 수지류를 포함한다.

한편, 상기 제1 기-액 접촉부에는 상기 메인 임펠러(140)를 동작시키는 메인 구동부가 구비된다. 상기 메인 구동부는 상기 메인 임펠러(140)의 중앙에 설치되는 메인 구동축(160), 및 상기 메인 구동축(160)을 통해 상기 메인 임펠러(140)를 회전시키는데 필요한 동력을 발생시키는 구동 모터(150)를 포함한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보조 기-액 접촉부(200)의 구성을 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 보조 기-액 접촉부(200)는 원통 형상의 보조 몸통부(210), 및 상기 보조 몸통부(210)의 하부에 구비되고 상부에서 하부로 갈수록 직경이 점차적으로 작아지는 보조 사이클론부(220)를 포함한다.

상기 보조 몸통부(210)에는 상기 메인 기-액 접촉부(100)의 메인 유체 배출로(129)에서 배출되는 혼합물이 유입되는 보조 유체 유입로(211)가 형성되고, 상기 보조 사이클론부(220)의 중앙 하부에는 유해 가스와 용해제의 혼합물이 상기 분리 회수부(300)로 이동하는 보조 유체 배출로(229)가 형성된다. 상기 보조 유체 유입로(211)를 통해 유입되는 혼합물의 분사 형태는 관형, 분사형, 노즐형, 스프레이형 등으로 형성될 수 있다.

상기 보조 유체 유출로의 재질은 산-염기에 부식성이 없거나 낮은 스테인레스 스틸 (예를 들어, SUS 316, SUS 316L, SUS 304, SUS 304L, 또는 SUS 314L 등), Au, Pt, Ti, Cr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속, 귀금속 또는 금속화합물, 및 PP(polypropylene), PE(polyethylene), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PA(polyamide), PVC(polyvinyl chloride) 등의 합성 수지류 및 에폭시 수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열경화성 수지류를 포함한다.

상기 보조 사이클론부(220)에 의해 유해 가스와 용해제의 혼합물은 상부에서 하부로 수렴하게 된다. 상기 보조 사이클론부(220)의 내부에는 유체의 흐름을 방해하는 와류를 형성할 수 있는 플레이트, 베플(Baffle), 또는 유로가 형성될 수 있다.

상기 보조 사이클론부(220)의 재질은 산-염기에 부식성이 없거나 낮은 스테인레스 스틸 (예를 들어, SUS 316, SUS 316L, SUS 304, SUS 304L, 또는 SUS 314L 등), Au, Pt, Ti, Cr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속, 귀금속 및 금속화합물일 수 있다.

상기 보조 기-액 접촉부(200)의 내부에는 메인 기-액 접촉부(100)에서 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물을 2차로 혼합하는 보조 임펠러(240)가 구비된다. 그리고 상기 보조 임펠러(240)의 중앙 내측면에는 상기 메인 기-액 접촉부(100)에서 이동한 유해가스와 용해제의 혼합물을 분사하는 다공성 분무 장치(250)가 구비될 수 있다.

상기 보조 임펠러(240)는 보조 기-액 접촉부(200) 내부의 유해 가스와 용해제의 혼합물의 흐름과 와류를 발생시키기 위한 것으로, 상단부는 개방되고 하단부는 폐쇄된 형태를 갖는다. 상기 보조 유체 유입로(211)를 통해 유입된 유해 가스와 용해제의 혼합물은 보조 임펠러(240)가 회전에 의해 발생된 원심력에 의해 보조 임펠러(240) 회전 방향의 접선 방향으로 혼합물을 밀어낸다. 상기 보조 임펠러(240)는 도 8 내지 도 13에 도시된 바와 같은 반경류 임펠러(Radial Impeller)를 포함할 수 있다.

상기 보조 임펠러(240)의 중앙에는 보조 구동축(260)이 구비되고, 상기 보조 구동축(260)은 상기 메인 구동축(160)과 동일 축 상에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 구동 모터(150)의 동력에 의해 메인 구동축(160)과 보조 구동축(260)이 회전하고, 이로 인해, 메인 임펠러(140)와 보조 임펠러(240)가 회전하게 된다.

상기 보조 임펠러(240)의 재질은 산-염기에 부식성이 없거나 낮은 스테인레스 스틸 (예를 들어, SUS 316, SUS 316L, SUS 304, SUS 304L, 또는 SUS 314L 등), Au, Pt, Ti, Cr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속, 귀금속 또는 금속화합물, 및 PP(polypropylene), PE(polyethylene), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PA(polyamide), PVC(polyvinyl chloride) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 합성 수지류, 에폭시수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열경화성 수지류를 포함한다.

상기 다공성 분무 장치(250)는 보조 임펠러(240)의 원주 방향 외측에 구비되고, 상기 다공성 분무 장치(250)는 보조 임펠러(240) 회전 방향의 접선 방향으로 밀어내진 혼합물을 분사 또는 분무하는 역할을 하며, 망형, 기공형 등의 다공성으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 분무 장치(250)는 보조 임펠러(240)에 구비된 날개의 외측에 설치되는 다공성 메쉬로 이루어진 망일 수 있다.

상기 다공성 분무 장치(250)의 재질은 산-염기에 부식성이 없거나 낮은 스테인레스 스틸 (예를 들어, SUS 316, SUS 316L, SUS 304, SUS 304L, 또는 SUS 314L 등), Au, Pt, Ti, Cr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속, 귀금속 또는 금속화합물, 및 PP(polypropylene), PE(polyethylene), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PA(polyamide), PVC(polyvinyl chloride) 등의 합성 수지류, 에폭시수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지 등의 열경화성 수지류 및 석영, 이산화 규소, 소다석회 유리, 붕규산 유리 등의 다공성 유리류를 포함한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분리 회수부(300)의 구성을 도시한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 분리 회수부(300)는 원통 형상의 분리 몸통부(310), 및 상기 분리 몸통부(310)의 하부에 구비되고 상부에서 하부로 갈수록 직경이 점차적으로 작아지는 분리 사이클론부(320)를 포함할 수 있다.

상기 분리 몸통부(310)의 상부 중앙에는 분리 유체 유입로(311)가 형성된다. 상기 보조 기-액 접촉부(200)의 보조 유체 유출로에서 배출된 혼합물은 상기 분리 유체 유입로(311)를 통해 분리 회수부(300)의 내부로 유입된다. 상기 분리 유체 유입로(311)에 의한 혼합물의 분사 형태는 관형, 분사형, 노즐형, 스프레이형 등으로 형성될 수 있다.

상기 분리 사이클론부(320)에 의해 유해 가스와 용해제의 혼합물은 상부에서 하부로 수렴하게 된다. 상기 분리 사이클론부(320)의 내부에는 유체의 흐름을 방해하는 와류를 형성할 수 있는 플레이트, 베플(Baffle), 또는 유로가 형성될 수 있다.

상기 보조 사이클론부(220)의 재질은 산-염기에 부식성이 없거나 낮은 스테인레스 스틸 (예를 들어, SUS 316, SUS 316L, SUS 304, SUS 304L, 또는 SUS 314L 등), Au, Pt, Ti, Cr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속, 귀금속 및 금속화합물일 수 있다.

상기 분리 사이클론부(320)의 내부에는 상기 보조 기-액 접촉부(200)에서 혼합되어 유입된 유해 가스와 용해제의 혼합물을 혼합하는 분리 임펠러(340)가 구비된다. 바람직하게는, 상기 분리 임펠러(340)는 상기 분리 몸통부(310)의 내부에 구비된다.

상기 분리 임펠러(340)는 분리 회수부(300) 내부의 유해 가스와 용해제의 혼합물의 흐름과 와류를 발생시키기 위한 것으로, 상단부는 개방되고 하단부는 폐쇄된 형태를 갖는다. 상기 분리 유체 유입로(311)를 통해 유입된 유해 가스와 용해제의 혼합물은 분리 임펠러(340)가 회전에 의해 발생된 원심력에 의해 분리 임펠러(340) 회전 방향의 접선 방향으로 혼합물을 밀어낸다. 상기 분리 임펠러(340)는 도 8 내지 도 13에 도시된 바와 같은 반경류 임펠러(Radial Impeller)를 포함할 수 있다.

상기 분리 임펠러(340)의 중앙에는 분리 구동축(360)이 구비되고, 상기 분리 구동축(360)은 보조 구동축(260)과 상기 메인 구동축(160)과 동일 축 상에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 구동 모터(150)의 동력에 의해 메인 구동축(160), 보조 구동축(260), 및 분기 구동축이 회전하고, 이로 인해, 메인 임펠러(140), 보조 임펠러(240), 분리 임펠러(340)가 회전하게 된다.

상기 분리 임펠러(340)의 재질은 산-염기에 부식성이 없거나 낮은 스테인레스 스틸 (예를 들어, SUS 316, SUS 316L, SUS 304, SUS 304L, 또는 SUS 314L 등), Au, Pt, Ti, Cr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속, 귀금속 또는 금속화합물, 및 PP(polypropylene), PE(polyethylene), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PA(polyamide), PVC(polyvinyl chloride) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 합성 수지류, 에폭시수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열경화성 수지류를 포함한다.

상기 분리 회수부(300)의 내부에는 상기 분리 임펠러(340)에 의해 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물을 기체와 액체로 분리하는 기-액 분리기(380), 및 상기 기-액 분리기(380)에 의해 분리된 비용해성 가스가 배출되는 가스 유출관(370)이 구비된다.

상기 사이클론부의 하부에는 상기 기-액 분리기(380)에 의해 분리된 용해제가 저장되는 용해제 저장소(390)가 구비된다. 상기 용해제 저장소(390)는 분리 회수부(300)와 용해제 순환장치를 연결하는 구획을 의미하며, 용해제의 양에 따라 저장소 형태 및 액상 유체 이동에 유리한 관형으로 형성될 수 있다.

상기 기-액 분리기(380)는 소량의 미립자성 액체를 포함하는 기상 혼합물 중 기상을 분리하는 장치로, 망형 및 기공형 등 기상의 비용해성 유해 가스만 통과하며, 가스 내에 존재하는 미립자성 액상 용해성 가스를 포함하는 용해제가 기-액 분리기(380)에 충돌하면 관성 충돌 원리에 의해 기상과 분리되고 중력에 의해 자유 낙하한다.

용해제 저장소(390)는 기-액 분리기(380)의 하단부에 위치하여 기-액 분리기(380)에서 분리되어 자유낙하한 액상 용해성 가스를 포함하는 용해제를 저장한다.

기-액 분리기(380)의 재질은 산-염기에 부식성이 없거나 낮은 스테인레스 스틸 (예를 들어, SUS 316, SUS 316L, SUS 304, SUS 304L, 또는 SUS 314L 등), Au, Pt, Ti, Cr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속, 귀금속 또는 금속화합물, PP(polypropylene), PE(polyethylene), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PA(polyamide), PVC(polyvinyl chloride) 등의 합성 수지류, 에폭시수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열경화성 수지류, 석영, 이산화 규소, 소다석회 유리, 붕규산 유리 중 적어도 어느 하나를 포함하는 다공성 유리류, 및 자연 유래 목재 등의 기상 만을 통과 가능한 재질을 포함한다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치는 상기 용해제 저장소(390)에 저장된 용해제를 상기 메인 기-액 접촉부(100)로 공급하는 용해제 순환 장치(400)를 더 포함할 수 있다.

상기 용해제 순환 장치(400)는 상기 상기 용해제 저장소(390)와 상기 용해제 주입부(113)를 연결하는 용해제 연결 라인(410), 상기 용해제 연결 라인(410)에 구비되어 상기 용해제 연결 라인(410)을 흐르는 용해제를 펌핑하는 용해제 펌프(420), 및 상기 상기 용해제 연결 라인(410)을 흐르는 용해제를 정제하고 상기 용해제에 용해된 유해 가스를 분리하는 정제부(도시는 생략)를 포함한다.

상기 정제부는 pH 조정, 온도 조절, 압력 조절, 또는 첨가제 주입 등의 방법을 통해 용해제에 용해된 유해 가스를 분리할 수 있다.

상기 용해제 연결 라인(410)과 정제부의 재질은 산-염기에 부식성이 없거나 낮은 스테인리스 스틸 (예를 들어, SUS 316, SUS 316L, SUS 304, SUS 304L, 또는 SUS 314L 등), Au, Pt, Ti, Cr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속, 귀금속 또는 금속화합물, PP(polypropylene), PE(polyethylene), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PA(polyamide), PVC(polyvinyl chloride) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 합성 수지류, 및 에폭시수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열경화성 수지류를 포함한다.

도 2와 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치에 관하여 도시하고 있다.

도 2와 도 3에 도시된 용해성 유해 가스 분리 장치는 도 1에 도시된 용해성 유해 가스 분리 장치와 기본적인 구성은 동일하다. 다만, 도 2 에 도시된 용해성 유해 가스 분리 장치는 구동 모터(150)가 보조 기-액 접촉부(200)에 구비되는 점에서 차이가 있고, 도 3에 도시된 용해성 유해 가스 분리 장치는 구동 모터(150)가 분리 회수부(300)에 구비되는 점에서 차이가 있다.

도 4는 본 발명의 도 다른 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치에 관하여 도시하고 있다.

도 4에 도시된 도시된 용해성 유해 가스 분리 장치는 도 1에 도시된 용해성 유해 가스 분리 장치와 기본적인 구성은 동일하다. 다만, 도 4에 도시된 용해성 유해 가스 분리 장치는 보조 기-액 접촉부(200)가 복수 개 구비되는 점에서 차이가 있다.

이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치의 동작에 대하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 유해 가스는 유해 가스 주입부(111)를 통해 메인 기-액 접촉부(100) 내부로 유입되고, 용해제는 용해제 주입부(113)를 통해 메인 기-액 접촉부(100) 내부로 유입된다. 메인 기-액 접촉부(100) 내부로 유입된 유해 가스와 용해제는 메인 임펠러(140)의 회전에 의해 1차적으로 혼합된다.

메인 임펠러(140)에 의해 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물은 메인 몸통부(110)의 내측면을 따라 이동하고, 사이클론 유체 이동로(121)를 통해 메인 사이클론부(120)의 하부에 위치한 유체 정체부(123)로 이동한다. 유체 정체부(123)에서는 혼합물이 일시적으로 고압으로 정체되고, 오리피스 판(130)에 형성된 오리피스 홀(131)을 통해 메인 사이클론부(120)의 내부로 분사된다. 메인 사이클론부(120)의 내부에 분사된 혼합물은 메인 유체 배출로(129)를 통해 보조 기-액 접촉부(200)로 유출된다.

메인 유체 배출로(129)를 통해 메인 기-액 접촉부(100)에서 배출된 혼합물은 보조 유체 유입로(211)를 통해 보조 기-액 접촉부(200)의 내부로 유입된다. 보조 기-액 접촉부(200)의 내부로 유입된 혼합물은 보조 임펠러(240)의 회전에 의해 2차적으로 혼합된다. 2차로 혼합된 혼합물은 보조 사이클론부(220)를 따라 수직 하방으로 수렴하여 이동하고 보조 유체 배출로(229)를 통해 분리 회수부(300)로 유출된다.

보조 유체 배출로(229)를 통해 보조 기-액 접촉부(200)에서 배출된 혼합물은 분리 유에 유입로를 통해 분리 회수부(300)의 내부로 유입된다. 분리 회수부(300)의 내부로 유입된 혼합물은 분리 임펠러(340)의 회전에 의해 분리 회수부(300) 내부에서 유동이 발생되고, 분리 사이클론부(320)를 따라 수직 하방으로 수렴하여 이동한다. 이때, 기-액 분리기(380)는 혼합물에 용해된 기상의 비용해성 유해 가스를 분리하고, 분리된 비용해성 유해 가스는 가스 유출관(370)을 통해 배출된다. 그리고 미립자성 액상 용해성 가스를 포함하는 용해제는 중력에 의해 자유 낙하하여 용해제 저장소(390)에 저장된다.

용해제 저장소(390)에 저장된 용해제는 용해제 순환 장치(400)의 용해제 연결 라인(410)을 통해 메인 기-액 접촉부(100)로 재순환될 수 있다. 용해재 연결 라인에 설치된 용해제 펌프(420)에 의해 용해제가 펌핑되어 메인 기-액 접촉부(100)로 용해제가 원활하게 이동할 수 있다. 이때, 정제부에 의해 용해제에 용해된 유해 가스가 분리되어 메인 기-액 접촉부(100)로 순환될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치는 고농도의 유해 가스를 저농도의 용해제로 흡수할 수 있고, 하나의 구동 모터(150)를 통해 메인 임펠러(140), 보조 임펠러(240), 및 분리 임펠러(340)가 회전하기 때문에 높은 에너지 효율을 통해 유해 가스를 제거할 수 있다.

그리고 보조 기-액 접촉부(200)가 다단으로 복수 개 구비됨으로써, 유해 가스의 농도와 용해도에 따라 실제 현장에의 적용성이 향상될 수 있다.

또한, 종래의 습식 스크러버 방식과 비교하여 규모가 작고 낮은 동력 에너지가 요구되는 점에서 소규모 발전소, 제조 시설, 선박 등에 효과적으로 적용할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100: 메인 기-액 접촉부
110: 메인 몸통부
111: 유해 가스 주입부
113: 용해제 주입부
120: 메인 사이클론부
121: 유체 이동로
123: 유체 정체부
129: 메인 유체 배출로
130: 오리피스 판
131: 오리피스 홀
140: 메인 임펠러
150: 구동 모터
160: 메인 구동축
200: 보조 기-액 접촉부
210: 보조 몸통부
211: 보조 유체 유입로
220: 보조 사이클론부
229: 보조 유체 배출로
240: 보조 임펠러
250: 다공성 분무 장치
260: 보조 구동축
300: 분리 회수부
310: 분리 몸통부
311: 분리 유체 유입로
320: 분리 사이클론부
340: 분리 임펠러
360: 분리 구동축
370: 가스 유출관
380: 기-액 분리기
390: 용해제 저장소
400: 용해제 순환 장치
410: 용해제 연결 라인
420: 용해제 펌프

Claims (17)

1. 유해 가스가 주입되는 유해 가스 주입부와 용해제가 주입되는 용해제 주입부가 구비되고, 상기 유해 가스 주입부와 상기 용해제 주입부를 통해 유입된 유해 가스와 용해제가 그 내부에서 1차로 혼합되는 메인 기-액 접촉부;
   상기 메인 기-액 접촉부의 수직 하방에 배치되고, 상기 메인 기-액 접촉부에서 하방으로 수렴하여 이동하는 1차로 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물이 2차로 혼합하는 적어도 하나의 보조 기-액 접촉부; 및
   상기 보조 기-액 접촉부의 수직 하방에 배치되고, 상기 보조 기-액 접촉부에서 하방으로 수렴하여 이동하는 2차로 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물을 분리하여 회수하는 분리 회수부;
   를 포함하고,
   상기 메인 기-액 접촉부는 원통 형상의 메인 몸통부, 및 상기 메인 몸통부의 하부에 구비되고 상부에서 하부로 갈수록 직경이 점차적으로 작아지는 메인 사이클론부를 포함하며,
   상기 메인 사이클론부의 내주에는 유해 가스와 용해제의 혼합물이 흐르는 사이클론 유체 이동로가 형성되고,
   상기 사이클론 유체 이동로에는 유해 가스와 용해제의 혼합물이 상기 메인 사이클론부의 내부로 분사되도록 복수의 오리피스 홀이 형성되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인 기-액 접촉부의 내부에 구비되어 상기 유해 가스 주입부와 상기 용해제 주입부를 통해 유입된 유해 가스와 용해제를 1차로 혼합하는 메인 임펠러;
   를 더 포함하는 용해성 유해 가스 분리 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 메인 사이클론부의 하부에는
   상기 오리피스 홀을 통해 분사된 유해 가스와 용해제의 혼합물이 상기 보조 기-액 접촉부로 이동하는 메인 유체 배출로가 형성되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 보조 기-액 접촉부의 내부에 구비되어 상기 메인 기-액 접촉부에서 혼합되어 유입된 유해 가스와 용해제의 혼합물을 2차로 혼합하는 보조 임펠러;
   를 더 포함하는 용해성 유해 가스 분리 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 보조 임펠러의 중앙에는 상기 메인 기-액 접촉부에서 공급된 유해 가스와 용해제의 혼합물이 분사되는 다공성 분무 장치;
   를 더 포함하는 용해성 유해 가스 분리 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 보조 기-액 접촉부는
   원통 형상의 보조 몸통부, 및
   상기 보조 몸통부의 하부에 구비되고 상부에서 하부로 갈수록 직경이 점차적으로 작아지는 보조 사이클론부를 포함하는 용해성 유해 가스 분리 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 보조 사이클론부의 하부에는 유해 가스와 용해제의 혼합물이 상기 분리 회수부로 이동하는 보조 유체 배출로가 형성되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 분리 회수부의 내부에 구비되어 상기 보조 기-액 접촉부에서 혼합되어 유입된 유해 가스와 용해제의 혼합물을 혼합하는 분리 임펠러;
    를 더 포함하는 용해성 유해 가스 분리 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 분리 회수부는
    원통 형상의 분리 몸통부, 및
    상기 분리 몸통부의 하부에 구비되고 상부에서 하부로 갈수록 직경이 점차적으로 작아지는 분리 사이클론부를 포함하는 용해성 유해 가스 분리 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 분리 회수부에는 상기 분리 임펠러에 의해 혼합된 유해 가스와 용해제의 혼합물을 기체와 액체로 분리하는 기-액 분리기가 구비되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 분리 회수부에는 상기 기-액 분리기에 의해 분리된 비용해성 가스가 배출되는 가스 유출관이 구비되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
15. 제13항에 있어서,
    상기 사이클론부의 하부에는 상기 기-액 분리기에 의해 분리된 용해제가 저장되는 용해제 저장소가 구비되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 용해제 저장소에 저장된 용해제를 상기 메인 기-액 접촉부로 공급하는 용해제 순환 장치;
    를 더 포함하는 용해성 유해 가스 분리 장치.
17. 제16항에 있어서,
    상기 용해제 순환 장치는
    상기 용해제 저장소와 상기 용해제 주입부를 연결하는 용해제 연결 라인;
    상기 용해제 연결 라인에 구비되어 상기 용해제 연결 라인을 흐르는 용해제를 펌핑하는 용해제 펌프; 및
    상기 용해제 연결 라인을 흐르는 용해제를 정제하고 상기 용해제에 용해된 유해 가스를 분리하는 정제부;
    를 포함하는 용해성 유해 가스 분리 장치.

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