KR102479535B1 - 가스 흡착분리장치 및 그의 응용 - Google Patents

Abstract

가스 흡착분리장치는 흡착 기능모듈(01)과 기타 기능모듈(02)을 포함하며, 흡착 기능모듈(01)의 주요 기능부분은 2개 이상의 순서대로 배열되는 흡착유닛(09)으로 구성되는 흡착 시퀀스(011)로서, 흡착 시퀀스(011)는 헤드엔드(0111)와 테일엔드(0112)를 포함하며, 분리될 가스는 헤드엔드(0111)로부터 테일엔드(0112)로의 방향을 따라 흡착 시퀀스(011)를 통과하며, 헤드엔드(0111)에 위치한 흡착유닛(09)의 흡착질 가스에 대한 흡착 포화도가 사전 설정된 정도에 도달하면 상기 흡착 시퀀스(011)를 이탈하여 탈착장치(021)를 포함하는 기타 기능모듈(02)로 진입하고, 탈착처리를 포함하는 기타 공정 처리를 거친 후 테일엔드(0112)로부터 순서대로 상기 흡착 시퀀스(011)로 재진입하는 과정을 완수하며, 상기 흡착유닛(09)은 흡착제와 기계적 지지구조로 구성되고, 적당한 기계강도와 양호한 투과율(permeability)을 구비한 흡착 고정상으로서, 포화 흡착이 완료된 상기 흡착유닛(09)은 포화 흡착유닛(091)이라 칭하고, 탈착 재생이 완료된 상기 흡착유닛(09)은 재생 흡착유닛(092)이라 칭한다.

Description

가스 흡착분리장치 및 그의 응용

본 출원은 2018년 7월 9일에 제출된 중국특허출원 201810794980.5와 2018년 9월 20일에 제출된 중국특허출원 201811144414.6의 우선권을 요구하며, 이러한 선 출원을 참조 방식으로 본문에 포함하였다.

본 발명은 가스 흡착분리장치에 관한 것으로서, 구체적으로는, 흡착법을 이용하여 유기 폐가스 오염물을 농축 응집하는 장치 및 그의 구체적인 응용에 관한 것이다.

흡착법(Adsorption) 가스 응집 기술은 대기 중의 휘발성 유기화합물(VOC, 본문에서는 유기 오염물이라 약칭함) 오염 저감 분야에서 갈수록 폭넓게 응용되고 있다. 통상적인 가스 흡착분리장치는 로터 흡착기와 재생형 고정상 흡착기를 포함한다. 이러한 가스 흡착분리장치를 설계하는 최종 목적은 유기 오염물의 폐가스를 최대한으로 농축시켜 처리한 후 배출되는 폐가스 중의 유기 오염물이 정부가 규정한 표준 배출 농도 이하에 이르도록 하기 위한 것이다. 다시 말해, 이러한 장치의 설계 목표는 고농축비와 저배출농도 두 가지이다.

농축비 향상 측면에서 보면, 상기 흡착분리장치가 가능한 한 많은 유기 오염물을 흡착하도록 해야 하며, 극단적인 경우 모든 흡착제가 포화 흡착에 이르도록 하는 것인데, 그 결과는 필연적으로 처리 후 폐가스의 배출 농도가 심하게 기준치를 초과하게 되고, 최악의 경우 일부 구역(로터 흡착기) 또는 일부 시간 구간(재생형 고정상 흡착기)에 처리 후 배출된 폐가스의 농도가 유입되는 폐가스와 동일해질 수 있다. 고농축비의 추구는 농축비가 높은 유기 오염물을 가스로 농축 응집한 후 한 단계 더 처리를 수행하여, 예를 들어 직접연소, 촉매연소, 축열식 연소 또는 촉매 축열식 연소를 포함하되, 단 이에 한정되지 않는 방식으로, 산화분해 시 첨가할 필요 없이 이러한 저농도 연소가스가 안정적으로 연소될 수 있도록 하거나; 또는 액화 포집 회수 시 처리해야 할 가스의 용량을 감소시킴으로써 상당한 비용을 절약하는데 의의가 있다.

배출농도 제어 측면에서 살펴보면, 유기 오염물은 흡착베드를 투과하기 전 탈착단계로 이동해야 하고, 탈착 과정에서 흡착베드가 가능한 한 완전히 탈착되어야 하며, 극단적인 경우 흡착베드 중의 모든 흡착제가 완전히 탈착되어야 하는데, 그 결과는 필연적으로 농축 작용이 완전히 없어지고, 심지어 희석 과정으로 변한다. 그 이유는 탈착과정이 열역학적 원리 측면에서 흡착질의 농도가 지수적으로 낮아지는 일종의 희석 과정이기 때문이며, 탈착에 사용되는 유기 오염물 농도가 제로인 청정공기 역시 오염된 공기로 변할 수 있다.

현재 실제로 응용 중인 설계방안은 모두 구체적으로 응용되는 실제 파라미터에 따라 두 가지 극단적인 조건 사이에서 절충하여 농축비와 배출농도라는 두 가지의 대립되는 목표 사이에서 허용 가능한 처리 결과를 구현한다. 도 1은 로터 흡착장치의 기능 영역 분할 설명도로서, 흡착영역 중 A에서 B까지와 탈착영역 C에서 D까지의 호선의 흡착베드 기류 방향을 따르는 단면의 유기 오염물 농도 분포는 대체로 도 2에 도시된 바와 같다. 로터 흡착장치가 흡착영역에서 전출 시 기류가 유출되는 측은 대부분 포화에 이르지 못하고, 탈착영역에서, 대부분의 탈착 가스가 통과하는 영역은 포화도가 매우 낮다. 마찬가지로, 재생형 고정상 흡착기의 유기 오염물은 기류 방향과 수직인 횡단면 공간에서의 농도 분포가 이상적인 상태에서는 균일하고, 그 종단면에서 기류방향과 일치하는 각 선상의 영역마다 시간에 있어서의 유기 오염물의 농도 변화 규칙 역시 도 2에 도시된 규칙과 일치한다.

본문 중, "탈착(desorption)"이라는 용어는 업계에서는 흡착해제라고도 칭하며, 이들의 의미는 완전히 동일하다.

다양한 응용 상황에서 상기 가스 흡착분리장치가 매우 필요하다.

예를 들어, VOC 폐가스 처리 분야에서, 금속주조 수지 몰드의 주조 과정에서 발생되는 연기는 특수성을 지니며, 주요 악영향은 공장 근로자와 주변 환경에 악취를 발생시키는 것이다. 종래의 VOC 또는 통상적인 유기 악취 가스에 대한 일반적인 처리 공정 중, 광촉매, 저온 플라즈마는 제거 효율이 낮고 효율이 떨어진다. 악취를 발생시키는 가스 성분이 복잡하기 때문에, 로터 흡착장치 또는 재생형 고정상 흡착장치는 흡착 효과가 떨어지며, 흡착 효과를 보장하기 위해서는 부득이하게 특별히 긴 흡착 과정을 이용해야 하므로, 장치의 흡착 및 탈착 원가가 현저히 상승하며, 이밖에 고분자 겔상물이 피복되면서 흡착제의 급속한 효력 상실을 초래하는 문제도 존재한다.

저온 촉매 연소는 고분자 겔상물을 제거하기가 어렵고, 피복에 의해 효력을 잃기가 쉬우며, 직접 연소, 축열 연소법 또는 촉매 연소를 이용할 경우 공기의 유량이 막대해지는데, 연기 자체에 함유된 가연성 가스는 발열량이 매우 낮아, 연료 소모가 경제적으로 감당하기 어렵다. 또한, 연기 수집 파이프에 인화성 응집물이 축적되어, 고온의 주조 물체로 낙하할 경우 돌발 화재를 야기하기 쉬운 문제가 더 존재한다.

업계 내 종래의 해결방법은 소방이 보장되는 상태에서 가연성 응집물을 정기적으로 소각시켜 제거하는 것으로, 이러한 방법은 작업을 중지하고 준비 단계에서 환기 설비를 이동시켜 제거하여야 하며, 실시 시에는 소방관 및 장비를 출동시켜 예방해야 한다. 소각 과정에서는 불완전 연소로 인해 다량의 연기와 유기 폐가스가 발생할 수 있으며, 이는 명백한 공기 오염 과정이다.

따라서, 본 분야의 보통 기술자에게 있어서, 상기 각종 응용 상황에 적용하기 위해서는 고농축비와 저배출농도를 동시에 고려한 가스 흡착분리장치의 연구 개발이 시급하다.

본 발명이 공개하는 가스 흡착분리장치는 이상의 두 가지 목표가 추구하는 모순을 근본적으로 해소함으로써, 가스 흡착분리장치가 고농축비와 저배출농도를 모두 고려할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 첫 번째 측면으로 가스 흡착분리장치에 관한 것으로서, 이는 흡착 기능모듈, 기타 기능모듈을 포함하며, 흡착기능모듈의 주요 기능부분은 2개 이상의 순서대로 배열되는 흡착유닛으로 구성된 흡착 시퀀스로서, 흡착 시퀀스는 헤드엔드와 테일엔드를 포함하며, 분리될 가스가 헤드엔드로부터 테일엔드로의 방향을 따라 흡착 시퀀스를 통과하며, 헤드엔드에 위치한 흡착유닛의 흡착질 가스에 대한 흡착 포화도가 사전 설정된 정도에 도달하면 흡착 시퀀스를 이탈하여 탈착장치를 포함하는 기타 기능모듈로 진입하고, 탈착처리를 포함하는 기타 공정 처리를 거친 후 테일엔드로부터 순서대로 흡착 시퀀스로 재진입하는 과정을 완수하며, 흡착유닛은 흡착제와 기계적 지지구조로 구성되고, 적당한 기계강도와 양호한 투과율(permeability)을 구비한 흡착 고정상으로서, 포화 흡착이 완료된 흡착유닛은 포화 흡착유닛이라 칭하고, 탈착 재생이 완료된 흡착 유닛은 재생 흡착유닛이라 칭한다.

상기 기술방안에서, 사용되는 흡착 탈착 방식은 변온 흡착, 변압 흡착 및 변온 변압 흡착 중의 어느 하나이다.

일 바람직한 실시예에서, 사용되는 흡착 탈착 방식은 변온 흡착이며, 탈착장치의 주요 기능부분은 2개 이상의 순서대로 배열되는 포화 흡착유닛으로 구성된 탈착 시퀀스로서, 포화단과 재생단을 포함하며, 고온의 탈착가스는 재생단으로부터 포화단으로의 방향을 따라 탈착 시퀀스를 통과하며 농축 흡착질 가스를 생성하여, 포화 흡착 유닛이 탈착 재생을 완료한 후 흡착 시퀀스를 이탈한다.

보다 바람직하게는, 기타 기능모듈은 열재생장치를 더 포함하며, 열재생장치는 탈착 재생이 완료되어 고온 상태에 놓인 재생 흡착 유닛의 열에너지를 탈착가스로 전달한다.

구체적으로 설명하면, 열재생장치의 주요 기능부분은 2개 이상의 순서대로 배열되는 고온재생 흡착유닛으로 구성된 열재생 시퀀스로서, 열단과 냉단을 포함하며, 탈착이 완료된 고온의 열재생 흡착유닛은 가열엔드로부터 열재생 시퀀스로 투입되고, 열재생 가스는 냉단으로부터 열단으로의 방향을 따라 열재생 시퀀스를 통과하며, 가열을 거친 후 고온의 탈착가스를 생성하여 탈착장치로 진입하며, 열교환이 완료된 저온 재생 흡착유닛은 냉단을 통해 열재생 시퀀스를 이탈한다.

바람직하게는, 흡착유닛의 각 기능모듈 사이의 전달과 전환은 흡착유닛을 각 기능모듈 사이에서 이동시킬 수 있는 유닛 이동장치를 통해 완수된다.

또한, 사용되는 흡착 탈착 방식은 변온 흡착이며, 흡착유닛의 흡착장치, 탈착장치와 열재생장치 사이에서의 전환은 파이프 밸브의 개폐와 전환을 통해 구현된다. 이러한 상황에서, 파이프 밸브의 개폐와 전환은 일련의 차단밸브 및 한 세트의 스위칭밸브를 포함하는 파이프라인 스위칭 디스크를 통해 구현된다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 흡착장치, 재생장치와 열회수장치를 구성하는 흡착유닛은 그룹 편성 또는 단독의 방식으로 동력의 구동에 의해 폐쇄된 궤도를 따라 단방향의 간헐적 운동을 수행하며, 흡착베드, 재생장치와 열회수장치는 각각 하나의 그룹 편성을 구성하여, 그룹 편성을 통해 흡착구간의 흡착베드, 재생장치와 열회수장치 사이에서의 전환을 완수한다.

바람직하게는, 폐쇄된 궤도는 원형, 레이스형 또는 원각삼각형 중의 어느 하나의 형상을 갖는다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 사용되는 흡착 탈착 방식은 변온 변압 흡착이며, 기타 기능모듈은 순환풍 가열장치, 진공 탈착장치를 포함하고, 흡착유닛의 흡착장치, 순환풍 가열장치와 진공 탈착장치 사이에서의 전환은 일련의 차단밸브 및 한 세트의 스위칭밸브를 포함하는 파이프라인 스위칭 디스크를 통해 구현되며, 포화 흡착이 완료된 흡착유닛은 순환풍 가열장치와 진공 탈착장치의 이중 작용을 거쳐 탈착이 완료된다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 기타 기능모듈은 하나의 흡착유닛 저장공급장치와 하나의 흡착유닛 회수장치를 더 포함하며, 흡착 기능모듈의 작동 과정에서, 흡착유닛 저장공급장치는 흡착 시퀀스의 테일엔드로부터 흡착유닛을 하나씩 투입하고, 흡착유닛 회수장치는 흡착 시퀀스의 헤드엔드로부터 포화 흡착유닛을 하나씩 회수하여, 회수된 포화 흡착유닛을 밀폐 저장하며, 밀폐 저장된 포화 흡착유닛이 탈착장치를 포함하는 기타 기능모듈 내에서 탈착 처리를 포함하는 공정 처리를 완료한 후 생성된 재생 흡착유닛은 흡착유닛 저장공급장치에 의해 수납되어 저장된다.

본 발명의 두 번째 측면은 흡착 농축법을 이용하여 고분자 겔상물을 함유한 연기를 처리하는 연기 정화장치에 관한 것으로서, 이는 가스를 처리하기 위한 흡착베드와 흡착제를 재생하기 위한 재생장치를 포함하며, 흡착베드를 연기가 통과하는 경로를 따라 다수의 흡착구간으로 분할하고, 각 흡착구간을 순차적으로 연통시켜, 순서대로 흡착베드와 재생장치 사이에서 전달 또는 전환이 가능하도록 하며, 연기 진입부위에 위치한 흡착구간이 시작구간이고, 연기 배출부위에 위치한 흡착구간이 종료구간이며, 흡착베드의 연기 진입단이 시작단이고, 흡착베드의 연기 배출부위가 종료단이다.

또한, 본 발명은 또한 흡착 농축법을 이용하여 고분자 겔상물을 함유한 연기를 처리하는 방법에 관한 것으로서, 이하 조건 및 단계를 포함한다:

A. 사용되는 연기 처리장치는 가스를 처리하기 위한 흡착베드와 흡착제를 재생하기 위한 재생장치를 포함하며, 흡착베드를 연기가 통과하는 경로를 따라 다수의 흡착구간으로 분할하고, 각 흡착구간을 순차적으로 연통시켜, 순서대로 흡착베드와 재생장치 사이에서 전달 또는 전환이 가능하도록 하는 단계로서, 연기 진입부위에 위치한 흡착구간이 시작구간이고, 연기 배출부위에 위치한 흡착구간이 종료구간이며, 흡착베드의 연기 진입단이 시작단이고, 흡착베드의 연기 배출부위가 종료단이며;

B. 고분자 겔상물을 함유한 연기가 지속적으로 흡착베드를 통과하도록 하여, 흡착 정화 과정이 완료된 후 연기 처리장치를 통해 배출되도록 하는 단계;

C. 고분자 겔상물이 시작구간의 흡착제 표면에 피복되어 일정 정도에 도달 시, 상기 흡착구간을 흡착장치로부터 분리하고, 재생장치로 이동시켜 탈착처리를 실시함과 동시에, 흡착베드의 종료단에 새로운 또는 재생 처리 후의 흡착구간을 보충하는 단계;

D. 일반 온도의 탈착처리로 흡착이 완료되어 탈착장치로 이동한 흡착구간은 일반 온도의 탈착처리를 기초로 필요한 빈도로 탄화 재생과 회화(ashing) 재생을 중첩(superposition)하는 단계;

E. 이상의 재생처리가 완료된 흡착구간을 다시 흡착베드로 진입시키는 단계.

상기 방법에서, 단계 D와 F 사이에, 구체적으로, 재생가스가 먼저 재생이 완료되어 고온상태에 놓인 흡착구간을 통과한 다음 가스 가열장치를 통과하도록 하고, 가스 온도를 단계 D에서 사용되는 처리온도까지 상승시킨 후, 재생장치로 진입하도록 하는 단계 E가 추가된다.

본 발명에 따른 가스 흡착분리장치는, 전반적인 장치의 운행 과정에서, 흡착과정, 탈착과정, 강온 및 열재생 과정에 포함되는 흡착제와 작동 가스 간의 상대 운동이 모두 화학공업 분야와 열공학 분야에서 자주 채택되는 지속적이면서 완전한 역류 물질전달 열전달 과정을 구현한다. 탈착가스의 저용량과 유기 오염물의 고농도는 이를 화력으로 분해하거나 또는 응집법으로 회수 시의 에너지 소모를 절감시킬 수 있다. 열재생 과정의 완전 역류 열전달은 흡착제의 열재생 과정에서 반드시 소모되는 열에너지를 감소시킬 수 있다.

도 1은 로터 흡착기의 구조도이다.
도 2는 로터 흡착기 및 재생형 고정상 흡착기의 작동 과정 중 흡착질의 농도 분포 또는 농도 변화도이다.
도 3은 본 발명의 따른 가스 흡착분리장치의 기본 구조 모드 설명도이다.
도 4는 탈착 시퀀스를 설치한 가스 흡착분리장치의 기본 구조 모드 설명도이다.
도 5는 탈착 시퀀스와 열재생장치가 설치된 가스 흡착분리장치의 기본 구조 모드 설명도이다.
도 6은 탈착 시퀀스와 열재생장치가 설치된 가스 흡착분리장치의 기본 구조 모드 설명도이다.
도 7은 축열 연소 분해장치가 설치되고 기능모듈 사이에서의 위치 이동을 통해 구현되는 가스 흡착분리장치의 구조도이다.
도 8은 도 7의 가스 흡착분리장치 중 흡착유닛의 기능모듈 사이에서의 이동을 구현하는 유닛 이동장치의 기능 구조도이다.
도 9는 흡착유닛 저장공급장치, 포화 흡착유닛 회수장치 및 감압 탈착장치가 설치된 가스 흡착분리장치의 구조도이다.
도 10은 승온 탈착된 가스를 집중 처리하는 가스 흡착분리장치의 구조 및 운행 모드 설명도이다.
도 11은 열재생장치가 설치된 가스 흡착분리장치의 구조도이다.
도 12는 도 11의 장치 중 열재생 시퀀스를 열재생장치로 변경한 도면이다.
도 13은 파이프라인 스위칭 디스크를 통해 가스 흡착분리장치를 구현하는 구조도로서, 그 중 변온 흡착 원리를 적용하였다.
도 14는 파이프라인 스위칭 디스크를 통해 가스 흡착분리장치를 구현하는 구조도로서, 그 중 변온 변압 흡착 원리를 적용하였다.
도 15는 본 발명을 응용한 주조 연기 단계별 흡착분리장치의 구조도이다.
도 16은 도 15에 도시된 흡착구간이 흡착베드와 탈착장치 사이에서 전환 시 가동 연결 파이프라인 연결포트와의 결합 동작 설명도이다.
도 17은 열에너지 회수장치가 설치된 주조 연기 단계별 흡착분리장치의 구조도이다.
도 18은 도 17에 도시된 장치의 다른 형식이다.
도 19는 도 17에 도시된 장치의 또 다른 형식이다.
도 20은 주조 연기 처리장치의 전과정 설비의 파이프라인 설명도이다.
도 21은 주조 연기 처리장치의 정상적인 흡착작업 상태에서 관련 설비 파이프라인의 운행 설명도이다.
도 22는 여과응집 표면 흡착기의 재생작업 상태에서 관련 설비 파이프라인의 운행 설명도이다.
도 23은 주조 연기 수집이송 파이프라인의 재생작업 상태에서 관련 설비 파이프라인의 운행 설명도이다.
도 24는 여과응집 표면 흡착기의 설치방식 및 사용방법 설명도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 측면에 따른 가스 흡착분리장치의 기본 구조는 흡착 기능모듈(01)과 기타 기능모듈(02)을 포함한다. 기타 기능모듈(02)은 탈착장치(021)를 포함한다. 흡착 기능모듈(01)의 주요 기능부분은 2개 이상의 순서대로 배열된 흡착유닛그룹(09)으로 구성되는 흡착 시퀀스(011)이다. 흡착 시퀀스(011)는 헤드엔드(0111)와 테일엔드(0112)를 포함하며, 처리할 가스(081)는 헤드엔드(0111)로부터 테일엔드(0112)로의 방향으로 상기 흡착 시퀀스(011)를 통과한다. 헤드엔드(0111)에 위치한 흡착유닛은 흡착질 가스에 대한 포화 흡착을 완료한 후 상기 흡착 시퀀스(011)를 이탈하여 탈착장치(021)로 진입하며, 탈착처리가 완료된 후 테일엔드(0112)로부터 순서대로 흡착 시퀀스(011)로 재진입한다. 흡착유닛은 흡착제 및 기계적인 지지구조로 구성되며, 적당한 기계 강도와 양호한 투과성을 지닌 흡착 고정상이다. 포화 흡착이 완료된 흡착유닛은 포화 흡착유닛(091)이라 칭하고, 탈착 재생이 완료된 흡착유닛은 재생 흡착유닛(092)으로 칭한다.

구체적인 응용 상황이 다름에 따라, 본 발명의 가스 흡착분리장치는 상이한 흡착 탈착 방식을 채택할 수 있으며, 주로 변온 흡착, 변압 흡착 또는 변온 변압 흡착을 포함하고, 일부 자주 사용되지 않는 방식을 더 포함할 수도 있으며, 주로 탈착 상황에 따라, 예를 들어 마이크로웨이브 탈착, 치환 탈착, 추출 탈착이 있다. 소위 변온 흡착이란 상이한 온도에서 흡착제의 흡착질에 대한 흡착능력이 다른 점을 이용하여 흡착질에 대한 농축 응집과 분리를 구현하는 것으로, 일반적인 경우는 저온 흡착, 고온 탈착이다. 소위 변압 흡착이란 상이한 기압 분압 상태에서 흡착제의 흡착질에 대한 흡착능력이 다른 점을 이용하여 흡착질에 대한 농축 응집 또는 분리를 구현하는 것으로, 일반적으로는 고압 흡착, 저압 탈착이다. 소위 변온 변압 흡착이란 상기 양자의 결합으로서, 통상적인 경우 저온 고압 흡착, 고온 저압 탈착이다.

도 4를 참조하면, 변온 흡착인 흡착 탈착 방식을 이용 시, 탈착장치(021)의 주요 기능부분은 2개 이상의 순서대로 배열된 포화 흡착유닛(091)으로 구성된 탈착 시퀀스(0211)로서, 이는 포화단(02111)과 재생단(02112)을 포함한다. 고온의 탈착가스(082)는 재생단(02112)으로부터 포화단(02111)으로의 방향을 따라 탈착 시퀀스(0211)를 통과하며 농축 및 흡착질 가스(0821)를 생성한다. 포화 흡착유닛(091)의 흡착 재생이 완료된 후 생성되는 재생 흡착유닛(092)은 상기 탈착 시퀀스(0211)를 이탈한다. 이와 같이 하면, 고온의 탈착가스(082)가 탈착 시퀀스(0211)를 통과 시 휴대하는 열에너지가 점차 흡착베드의 흡착제로 전달되어, 흡착제의 온도가 점점 상승하며, 흡착질이 흘러나오면서 탈착이 완료된다.

도 5-6을 참조하면, 탈착이 완료된 재생 흡착유닛(092)은 고온 상태에 처하게 되며, 저온 상태로 낮아져야만 흡착상태에 재진입하기에 적합해진다. 본 발명의 가스 흡착분리장치에서는 기타 기능모듈(02)에 열재생장치(022)를 설치할 수 있으며, 열재생장치(022)의 작용은 고온상태의 재생 흡착유닛(092)이 가지고 있는 열에너지를 탈착가스(082)로 전달하는 소스가스로서, 소스가스는 열이 식은 후 탈착가스(082)를 생성한다. 실제 응용 시, 열재생장치(022)의 주요 기능부분은 2개 이상의 순서대로 배열된 고온 재생 흡착유닛(092)으로 구성된 열재생 시퀀스(0221)이며, 이는 열단(02211)과 냉단(02212)을 포함한다. 탈착이 완료된 고온의 열재생 흡착유닛(092)은 열단(02211)으로부터 열재생 시퀀스(0221)로 진입하며, 열재생 가스(083)는 냉단(02212)으로부터 열단(02211)으로의 방향을 따라 열재생 시퀀스(0221)를 통과하여, 항온 가열을 거친 후 고온 탈착가스(082)를 생성하며, 상기 탈착장치(021)로 진입한다. 열교환이 완료된 재생 흡착유닛(092)은 냉단(02212)을 통해 열재생 시퀀스(0221)를 이탈하며, 흡착기능 모듈(01)의 흡착 시퀀스(011)로 재진입한다. 열재생장치(022)는 하나의 재생 흡착유닛으로만 구성되어도(도 5 참조) 가능하나, 다만 온도 하강 효과가 떨어지고, 열재생 효율이 낮다.

상기의 변온 흡착원리를 이용한 기술방안 중, 흡착과정, 탈착과정, 강온 및 재생 과정을 포함하는 전체적인 장치의 운행 과정에서, 흡착제와 작업 가스 간의 상대 운동은 모두 화학공업 분야 및 열 공업 분야에서 흔히 채택되는 지속적이면서 완전역류 물질 전달 및 열 전달 과정을 구현한다. 여기서의 작업 가스는 오염된 공기와 탈착 가스를 포함한다. 그 중 흡착 과정의 완전역류 물질전달은 본 발명의 핵심 기술 요점으로서, 흡착이 완료되어 탈착 과정에 진입한 흡착유닛을 상기 작동 조건(주로 과립상 흡착제의 입도 또는 고체 성형 흡착제 통로 간격의 벽두께, 흡착질의 농도, 기류 속도와 온도 등을 포함한다) 에서 포화 흡착 상태에 처하게 한다. 여기서 "포화"란 통상적으로 동적 포화를 말하며, 즉 특정 작업 조건 하에서 작업 효율과 경제성을 보장하는 조건 하에 달성할 수 있는 정적 포화에 가까운 상대적 포화 상태이다. 이는 주로 탈착 가스의 최고 농도를 결정하게 된다. 탈착 과정의 완전역류 물질전달 및 열 전달은 탈착이 완료되어, 흡착 과정에 재진입하는 재생흡착 유닛을 상기 작업 조건(주로 흡착제의 입도 또는 통로 간격의 벽 두께, 탈착 가스의 기류 속도와 온도 포함)에서의 충분한 탈착 상태에 처하게 하며, 이는 주로 처리되는 오염된 공기의 최저 배출농도를 결정하게 된다. 탈착 가스의 저용량과 유기 오염물의 고농도는 이를 화력으로 분해하거나 또는 응집법으로 회수 시의 에너지소모 역시 절감할 수 있다. 열재생 과정의 완전역류 열전달은 흡착제의 열재생 과정 중 반드시 소모되는 열에너지를 감소시킬 수 있다.

이하 구체적인 실시예를 결합하여 본 발명에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

실시예 1

도 7-8은 유닛 이동식 가스흡착 분리장치를 도시하였다.

도 7을 참조하면, 상기 장치는 흡착장치(11), 탈착장치(12), 포화 트랜지션챔버(13) 및 재생 트랜지션챔버(14)를 포함한다. 흡착장치(11)는 흡착챔버(111) 및 흡착챔버 내에 수납되는 흡착 시퀀스(112)를 포함하며, 흡착 시퀀스(112)는 헤드엔드(1121), 테일엔드(1122) 및 2개 이상의 흡착유닛(1113)을 포함하고, 헤드엔드(1121)에 위치한 포화흡착을 완료한 유닛이 포화 흡착유닛(11131)이다.

탈착장치(12)는 탈착챔버(121) 및 탈착챔버 내에 수납되는 탈착 시퀀스(122)를 포함하며, 탈착 시퀀스(122)는 포화단(1221), 재생단(1222) 및 2개 이상의 탈착유닛(1223)을 포함하고, 재생단(1222)에 위치한 탈착이 완료된 유닛이 재생 흡착유닛(12231)이다.

흡착챔버(111)와 탈착챔버(121)의 양단 사이는 각각 포화 트랜지션 챔버(13) 및 재생 트랜지션챔버(14)를 통해 연통되고, 이들 사이의 연결 부위에 각각 흡착유닛이 통과할 수 있는 밸브가 설치되며, 이들은 각각 151, 152, 153, 154로 표시하였다. 포화 트랜지션챔버(13)와 재생 트랜지션챔버(14)의 역할은 흡착장치(11), 탈착장치(12)가 끊임 없이 작동을 유지하는 상태에서 흡착유닛의 2개의 챔버 사이에서의 이동을 완수하면서 상이한 처리 상태 하의 오염 가스가 두 챔버 사이에 섞이는 것을 방지하는 것이다. 간헐적인 작동 모드를 채택하여, 흡착유닛이 이동 시 오염 가스 처리를 중지시키면, 두 개의 트랜지션챔버를 생략할 수 있다.

상기 실시예의 흡착과 탈착은 변온 흡착 방식을 이용한다.

상기 가스 흡착분리장치를 작동 시, 흡착챔버(111)와 탈착챔버(121)에 모두 흡착유닛을 가득 채운다. 고유량의 피처리 가스는 흡착 시퀀스(112)의 헤드엔드(1121)로부터 테일엔드(1122)로 흡착챔버(111) 내에 위치한 흡착 시퀀스(112)를 통과하며, 헤드엔드(1121)에 위치한 흡착유닛이 포화 흡착에 도달하면, 흡착챔버(111)와 포화 트랜지션챔버(13) 사이에 위치한 밸브(151)가 개방되고, 기계장치가 상기 포화 흡착유닛(11131)을 포화 트랜지션 챔버(13)로 밀어 진입시킨다. 이에 밸브(151)가 폐쇄되고, 기계장치가 전체적인 흡착 시퀀스를 헤드엔드 쪽으로 밀어 이동시키면, 탈착챔버(121)와 재생 트랜지션 챔버(14) 사이의 밸브(153)가 개방되고, 기계장치가 재생단(1222)에 위치한 재생 흡착유닛(12231)을 재생 트랜지션 챔버(14)로 밀어 진입시킨다. 이에 밸브(153)가 폐쇄되고, 기계장치가 탈착챔버(121) 내의 탈착 시퀀스(122)를 재생단(1222) 쪽으로 밀어 이동시킴으로써, 탈착챔버(121)의 포화단을 비우게 되며, 포화 트랜지션챔버(13)와 탈착챔버(121) 사이의 밸브(152)가 개방되어, 기계장치가 상기 포화 흡착유닛(11131)을 탈착챔버(121)로 당겨 진입시키고, 포화 트랜지션챔버(13)와 흡착챔버(111) 사이의 밸브(154)가 개방되어, 기계장치가 재생 트랜지션 챔버(14) 내의 재생 흡착유닛(12231)을 흡착 챔버(111)로 당겨 진입시킨다. 이상의 순서에 따라, 흡착유닛은 4개의 챔버 내에서 순환 이동한다.

전체적인 과정에서, 저유량의 고온 탈착가스는 끊임 없이 포화단으로부터 재생단으로 탈착챔버(121) 내에 위치한 탈착 시퀀스(122)를 통과한다. 상기 가스 흡착분리장치 중, 피처리 가스와 고온의 탈착가스의 유량비는 10 : 1-50 : 1 또는 그 이상일 수 있다. 고온의 탈착가스에 함유된 유기 오염물이 연소에 적합하고 회수 가치가 높지 않은 성분이라면, 즉 일반적으로는 연소 분해장치로 이송하여 분해시킨다. 예를 들어, 도 7은 축열식 연소장치(18)의 구조를 도시하였다. 탈착가스의 발열량과 유기물의 가연성이 다름에 따라, 연소 분해장치는 또한 직접연소장치, 촉매 연소장치 또는 축열식 촉매 연소장치일 수 있다. 탈착가스의 발열량이 충분히 높다면, 유기 오염물의 연소 분해 과정에서 탈착가스를 가열하는 열에너지를 제공할 수도 있다. 이 역시 본 발명의 기술 개선의 최종 목적 중 하나이다.

흡착유닛의 4개의 챔버 사이에서의 이동은 일련의 상용되는 동력 기계장치를 통해 자동으로 완수될 수 있다. 도 8을 참조하면, 상기 실시예 중 4개의 유압 또는 공압 푸시로드를 이용할 수 있으며, 그 중 흡착유닛이 흡착 챔버 또는 탈착 챔버 내에서 운동하도록 미는 푸시로드는 각각 181-1과 181-2이다. 흡착유닛을 흡착챔버, 탈착챔버, 포화 트랜지션챔버와 재생 트랜지션챔버 사이에서 움직이도록 밀거나 당기는 푸시풀로드는 각각 182-1, 182-2, 182-3과 182-4이다.

도 8 중 트랜지션챔버와 흡착챔버, 탈착챔버 사이의 밸브는 양쪽으로 개방되는 회전도어로 도식적으로 표시하였으며, 본 실시예에서 실제 응용되는 것은 유압 또는 공압 게이트밸브로서, 도면에서는 151-1, 152-1, 153-1과 154-1로 표시하였다.

실시예 2

도 9-10은 유닛 공급 및 회수식 가스흡착분리장치를 도시하였다.

실시예 2에 도시된 가스 흡착분리장치에 대응되는 구체적인 응용의 중요 조건 중 하나는 처리할 폐가스의 유량과 유기 오염물의 농도가 대체로 안정적이어야 한다는 것이다. 그 이유는 열탈착은 폐가스 중 유기 오염물을 발열 연료로 이용하여 대체로 안정적인 고온 환경을 유지해야 하기 때문이다. 만약 폐가스의 배출이 끊어졌다 이어졌다 하거나, 또는 유량, 농도의 파동이 매우 크다면, 즉 탈착 과정에 부정적인 영향을 초래할 수 있으며, 통상적으로는 보충 연료를 별도로 추가해야 한다. 실시예 2에 공개된 유닛 공급 및 회수형 가스 흡착분리장치는 즉 이러한 상황에 매우 잘 적응할 수 있다.

유닛 공급 및 회수형 가스 흡착분리장치의 구체적인 방안으로서 가스 흡착분리장치의 흡착장치(11)와 탈착장치(12)를 독립된 두 부분으로 분리하고, 흡착유닛 공급장치(161)와 흡착유닛 회수장치(162)를 포함하는 흡착유닛 로터블(rotable)장치(16)를 추가하였다. 유닛 로터블장치(16)의 기계적인 구조는 연발사격 총의 탄창 구조를 참조할 수 있다. 흡착장치(11) 중 흡착 시퀀스의 헤드엔드에 위치하며 이미 포화 및 흡착이 완료된 포화 흡착유닛(191)을 기계장치를 이용하여 밸브를 통해 흡착챔버와 연결되는 밀폐된 흡착유닛 회수장치(162)로 이동시키고, 밸브를 통해 흡착챔버와 연결되는 흡착유닛 공급장치(161)로부터 흡착챔버를 향해 새로운 또는 재생이 완료된 흡착유닛(192)을 보충한다. 흡착유닛 회수장치에 포화 흡착 유닛이 채워지면, 단독의 탈착장치(12)로 이동시켜 포화 흡착유닛에 대해 탈착 처리를 실시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 탈착 장치는 진공펌프(194), 압축 응축 장치(195) 및 저장장치(196)와 연결되어, 분리된 유기 오염물을 회수할 수 있다. 또한 도 10에 도시된 바와 같이, 다수의 가스 흡착장치에 의해 발생된 포화 흡착유닛이 채워진 흡착유닛 회수장치를 하나의 탈착장치 부위에 집중시키고, 열탈착 방식으로 연속 탈착처리할 수도 있다. 결론적으로, 탈착장치는 포화 열탈착, 감압 탈착, 열감압 탈착 및 치환 탈착 등 임의의 적합한 탈착 방식을 이용할 수 있다.

실시예 3

도 11-12는 열재생 가스 흡착분리장치를 도시하였다.

실시예 1에 도시된 가스 흡착분리 장치 중, 탈착이 완료된 재생 흡착유닛은 트랜지션챔버를 거쳐 재생챔버로 진입한 후 흡착 시퀀스에 합류 시 여전히 고온 상태이다. 비록 고유량의 대체적으로 흡착이 이미 완료된 오염된 공기가 매우 빠르게 그 열에너지를 가져가 흡착 과정에 큰 영향을 미치지는 않으나, 시스템의 열에너지 유실을 초래하기 때문에, 이는 발명인 상기 장치의 초기 목적 중 하나인 에너지절감에 어느 정도 부정적인 영향을 미친다.

상기 기술적인 결함을 극복하는 기술방안은, 도 10에 도시된 바와 같이, 열재생장치(17)로 실시예 1 중의 재생 트랜지션챔버(14)를 대체하여, 고온의 재생 흡착유닛이 가지는 열에너지를 재생가스를 이용하여 함께 흡착 시퀀스로 전달하는 것이다. 구체적으로 설명하면, 트랜지션챔버의 좌우 양측에 각각 급기구(172)와 배기구(173)가 설치되어, 공기여과장치(174)를 통해 여과된 공기가 열재생장치(17) 내에 위치한 재생 흡착유닛을 관통한 후, 다시 송풍기(175)를 통해 가압되고, 열교환기(176)를 통해 가열된 후 탈착챔버(121)로 진입한다.

도 11을 참조하면, 열재생장치의 열재생 효율을 더욱 향상시키기 위하여, 열재생장치 내부에 열재생 시퀀스(171)를 설치할 수 있다. 열재생 시퀀스(171)는 2개 이상의 재생 흡착유닛을 포함하며, 이는 열단(1711)과 냉단(1712)을 포함한다. 열단(1711)은 밸브를 통해 탈착챔버(121)의 재생단(1212)과 연통되고, 냉단(1712)은 밸브를 통해 흡착챔버(111)의 테일엔드(1112)와 연통된다.

흡착유닛의 운동 전달방식은 실시예1을 참고할 수 있다.

실시예 4

도 12는 회전디스크형 변온흡착 가스 흡착분리장치를 도시하였다.

본 실시예는 한 세트의 파이프라인 스위칭 디스크 및 일련의 차단밸브를 이용하여 실시예 3의 흡착유닛 회전이송 기계장치를 대체하였으며, 마찬가지로 공기 오염물의 포화 흡착, 및 흡착 시퀀스와 탈착 시퀀스를 구현할 수 있고, 필요 시 열재생 시퀀스도 포함할 수 있으며, 그 중의 흡착제와 작동 가스 사이에는 완전역류 물질전달 및 열전달 과정이 포함된다.

상기 장치는 동력 구동 하에 간헐적으로 회전하는 회전 베이스시트(21)를 포함할 수 있다. 회전방향은 시계방향이며, 디스크 상의 어느 한 점에 대하여, 시계방향에 위치한 다른 한 점은 순방향측으로, 반시계방향의 다른 한 점은 역방향측으로 규정한다. 6개의 고정상 흡착기(22-1), (22-2), (22-3), (22-4), (22-5), (22-6)는 중심을 대칭으로 회전 베이스시트(21)에 고정되고, 파이프를 통해 연결되어 하나의 폐쇄된 원형 루프를 형성하며, 고정상 흡착기가 연결된 각 구간의 파이프 중간에 개폐가 자동으로 제어되는 차단밸브(23)가 설치되고, 각각의 고정상 흡착기의 순방향측과 역방향측 양단에 스위칭 파이프(24)가 각각 하나씩 총 12개가 회전 베이스시트(21)의 바깥둘레를 향하도록 설치되며, 스위칭 파이프(24)의 외측단에 6개의 스위칭 차단밸브 회전부(251)가 설치된다. 회전 베이스시트(21) 바깥에는 바닥면과 고정되는 6개의 스위칭 차단밸브 고정부(252)가 설치된다. 회전부(251)와 고정부(252)로 구성되는 완전한 스위칭 차단밸브(25)는 회전을 전환하고 개통을 차단하는 두 가지 기능을 가지며, 회전 베이스시트에 설치되는 독립된 차단 밸브 및 각각 회전 베이스시트와 지면에 설치되는 두 부분으로 구성되는 스위칭 밸브를 대체할 수 있다. 회전밸브의 구조는 시판되는 회전 4방향형 조향밸브를 참조할 수 있으며, 차이점은 4개의 통로 사이의 전환을 다수 통로의 전환으로 변경한 것으로, 회전부가 그에 대응되는 고정부가 없는 곳으로 회전 시, 고정부에 해당하는 위치에도 그것을 밀폐시키는 밀봉장치가 존재한다는 것이다.

6개의 고정상 흡착기는 3그룹으로 나뉘며, 그 중 22-1, 22-2와 22-3은 흡착그룹이고, 22-4와 22-5는 탈착그룹이며, 22-6은 열재생그룹이다. 스위칭 차단밸브의 고정부(252) 번호는 고정상 흡착기 번호와 대응되며, 순방향측 번호는 252-XA이고, 역방향측 번호는 252-XB이며, X는 고정상 흡착기의 순서 번호이다. 오염 공기 공급관(261)은 스위칭 차단밸브의 고정부(252-3A)와 연통되고, 처리 후의 오염 공기 배출관(262)은 스위칭 차단밸브의 고정부(252-1B)와 연통되며, 재생공기 공급관(263)은 스위칭 차단밸브의 고정부(252-6A)와 연통되고, 탈착공기 가열관의 배출, 유입 양단(264), (265)은 각각 스위칭 차단밸브의 고정부(252-6B) 및 스위칭 차단밸브의 고정부(252-5A)와 연통되며, 탈착가스 배출관(266)은 스위칭 차단밸브의 고정부(252-4B)와 연통된다. 흡착그룹의 3개의 고정상 흡착기 사이 및 탈착그룹의 2개의 고정상 흡착기 사이에는 총 3개의 차단밸브가 개방되고, 나머지 각 그룹 사이의 3개의 차단밸브는 폐쇄된다. 탈착가스 배출관은 축열연소로(27)의 급기관(271)과 연통되고, 축열연소로(27)의 연기배출관(272)과 처리 후 오염 공기 배출관(262)은 연통(chimney)(미도시)에 함께 연결된다.

작동 시, 오염된 공기가 오염공기 공급관(261)을 통해 유입되어, 순서대로 3개의 흡착그룹 고정상 흡착기(22-3), (22-2)와 (22-1)를 통과하며, 처리된 후 오염공기 배출관(262)을 통해 배출된다. 재생공기는 재생공기 공급관(263)을 통해 유입되어, 열재생그룹 고정상 흡착기(22-6)를 통과하며, 축열연소로(27)를 거쳐 가열된 다음, 탈착그룹 고정상 흡착기(22-5), (22-4)를 통과하여, 탈착가스 배출관(266)을 통해 배출된 후, 축열연소로(27)에 통입되어, 그 중에 휴대된 유기 오염물은 연소되어 분해되고, 연기배출관(272)을 통해 처리 후의 오염된 공기와 함께 연통을 거쳐 대기중으로 배출된다. 운행 중 각각 일정한 운행 시간을 거치거나 또는 장치가 일정량의 유기 오염물을 접수한 후, 고정상 흡착기(22-3)의 흡착 능력이 포화에 이르면, 회전 베이스시트(21)가 60℃ 회전하여, 흡착장치가 그룹을 재편성한다.

하나의 고정상 흡착기는 5단계의 전환을 통해 전체적인 처리 주기를 완료하며, 각 인접한 두 번의 전환 동작 사이의 시간을 하나의 처리구간이라 칭한다.

고정상 흡착기는 흡착 시퀀스로 진입한 후, 2개의 처리구간을 거쳐 2번의 전환을 통해 흡착 시퀀스의 테일엔드로부터 헤드엔드로 이동한 다음, 다시 하나의 처리구간을 거쳐 포화와 흡착을 완료하고, 세 번째 전환을 거친 후 승온 탈착 시퀀스의 포화단으로 진입하며, 하나의 처리구간 후 네 번째 전환을 거쳐 승온 탈착 시퀀스의 재생단으로 운행한 다음, 하나의 처리 구간을 거친 후 다섯 번째 전환을 거쳐 열재생구간에 이르며, 열재생구간은 하나밖에 없으므로, 완료 후에는 다시 다음 사이클로 전환하여 진입한다.

실시예 5

도 12는 회전디스크형 변온 변압 흡착 가스 흡착분리장치를 도시하였다.

실시예 4에 도시된 회전디스크형 변온흡착 가스 흡착분리장치가 만약 다음과 같은 두 가지 구체적인 응용 상황에 직면한 경우 제약이 있다.

1. 오염공기에 연소법으로 분해하기에 부적합한 유기 오염 가스가 함유된 경우, 예를 들어 비교적 많은 황, 인, 할로겐 원소 또는 벤젠고리와 염소 원소가 동시에 함유된 경우, 이러한 가스는 연소 후 2차 오염물을 발생시킬 수 있다.

2. 오염물에 충분한 양의 가치가 높은 유기 오염 가스가 함유된 경우, 회수가치를 지닌다.

본 실시예는 변온 변압 흡착법을 이용하여 공기 오염을 제거함과 동시에, 유기 오염물을 회수할 수 있는 가스 흡착 회수장치를 공개한다.

상기 장치의 오염 공기 흡착그룹은 실시예 4에 도시된 장치와 유사하며, 하나의 처리구간이 추가되었을 뿐이다. 장치의 주요 차이점은 열재생그룹이 생략되고, 탈착구간의 지면 고정장치의 기능 설정이 변경되었다는데 있다. 상기 장치의 탈착그룹은 순환풍 가열구간과 진공 탈착구간의 2개의 처리구간을 포함한다. 순환풍 가열구간에 대응되는 장치는 열풍로(291), 송풍기(292)와 감압밸브(293)를 포함한다. 진공 탈착구간과 대응되는 지면 고장정치는 스로틀밸브(297), 진공펌프(294), 응축기(2951)와 액체저장탱크(296)를 포함한다.

열풍로(291)와 송풍기(292)는 직렬 연결된 후 양단이 각각 스위칭 차단밸브(25)를 통해 순환풍 가열구간의 고정상 흡착기(22) 양단의 스위칭 파이프(24)와 연통된다. 진공펌프(294)와 스로틀밸브(297)는 각각 스위칭 차단밸브(25)를 통해 진공 탈착구간의 고정상 흡착기(22) 양단의 스위칭 파이프(24)와 연통된다. 감압밸브(293)는 순환풍 가열구간과 진공 탈착구간 사이의 파이프라인에 연통된다. 진공펌프 후면은 순차적으로 응축기(295)와 액체 저장탱크(296)가 연결된다. 응축기(295)의 액체배출구에 액체저장탱크(296)가 연결되고, 응축기의 배출구는 오염공기 공급관(261)과 연통된다.

고정상 흡착기가 포화 흡착을 완료 후 순환풍 가열구간까지 회전하면, 열풍로와 송풍기를 통해 가열되어, 흡착베드의 온도가 점차 상승하며, 흡착제가 방출하는 유기 오염물 가스와 가스의 열팽창이 함께 파이프 내부의 기압을 상승시키며, 가스가 감압밸브를 통해 감압된 후 진공 탈착구간의 고정상 흡착기가 배출하는 가스와 함께 진공펌프로 진입한다. 고정상 흡착기가 순환풍 가열을 완료 후 진공 탈착구간까지 회전하면, 진공펌프에 의한 저기압 상태에서 유기 오염물 가스가 연속적으로 방출되며, 진공탈착이 거의 완료되었을 때 스로틀밸브를 통해 소량의 공기가 제어를 받으며 유입되어, 잔여 유기 오염물 가스를 한 단계 더 세척한다. 진공펌프를 통해 배출되는 유기 오염물 가스를 함유한 혼합가스는 응축기를 통해 유기 오염물 액체로 분리되어 액체저장탱크로 유입됨으로써 수집 저장이 완료된다. 응축기를 통해 배출되는 응축 가스 내에는 소량의 유기 오염물이 함유되어 있을 가능성이 있으며, 이를 오염 공기 입력관으로 유입시켜 순환 흡착하며 정화한다.

본 발명을 이용한 구체적인 응용은 흡착 농축법으로 본 발명에 따른 가스 흡착 분리장치를 이용하여 고분자 겔상물을 함유한 연기를 처리한다.

흡착 농축법은 단계별 흡착베드를 이용하며; 사용되는 연기처리장치는 가스를 처리하기 위한 흡착베드와 흡착제를 재생하기 위한 재생장치를 포함하며, 흡착베드를 연기가 통과하는 경로를 따라 다수의 흡착구간으로 분할하고, 각 흡착구간을 순차적으로 연통시키면, 순차적으로 흡착베드와 재생장치 사이에서 전달 또는 전환이 가능하며, 연기 진입 부위에 위치한 흡착구간이 시작구간이고, 연기 배출 부위에 위치한 흡착구간이 종료구간이며, 흡착베드의 연기 진입단이 시작단이고, 흡착베드의 연기 배출단이 종료단이다.

고분자 겔상물이 시작단의 흡착제 표면에 피복되어 일정 정도에 도달 시, 상기 흡착구간을 흡착장치로부터 이탈시켜, 탈착장치로 이송하여 탈착처리를 진행하며, 이와 동시에 흡착베드의 종료단에 새로운 또는 재생 처리 후의 흡착구간을 보충한다.

일반적인 온도의 탈착처리를 이용하여 탈착장치 흡착구간으로의 흡착 이송을 완료하고, 일반적인 온도의 탈착처리를 기초로 필요한 빈도만큼 탄화재생 및 회화(ashing)재생을 중첩(superposition)한다.

연기가 흡착베드로 진입하기 전 여과응축 표면흡착장치를 이용하여 전처리된다. 여과응축 표면흡착기는 연기수집파이프 입구에 설치될 수 있다. 여과응축 표면흡착기는 내고온성 재료를 사용한다. 연기수집파이프는 내고온성 단열재료 라이닝을 설치할 수 있다. 연기수집파이프는 환상 파이프라인을 형성할 수 있는 구조로 설치된다.

여과응축 표면흡착기, 연기수집파이프와 흡착베드는 일반 고온 탈착법과 제어(controlled) 탄화 회화법의 결합을 이용하여 응집 흡착된 고분자 겔상물을 처리 제거한다.

제어 탄화 회화법의 기술적인 의미의 중점은 처리 과정에서 국부적인 고온이 발생하여 여과응축 표면흡착기와 연기수집파이프 및 흡착베드가 손상되는 것을 방지하는 것이다. 구체적인 방법으로 천천히 가열되는 열공기 가온(warming) 또는 신속한 불활성 가스 가온을 결합하여 제어되는 산화가스의 완만한 투입을 지연시킬 수 있다.

이하 처리방법을 상세히 설명한다.

흡착 농축법은 현재 폐가스 처리 분야에서 저농도의 고풍량 VOC 폐가스를 처리하는 상용 방법으로서, 작동 원리에 따라 변압 흡착, 변온 흡착 및 양자의 결합으로 구분할 수 있다. 본 발명은 주로 그 중 변온 흡착 원리를 이용하였다. 작동 과정은 흡착 과정과 탈착 과정을 포함하며, 흡착 과정에서 흡착제가 폐가스 중의 VOC 성분을 선택적으로 흡수하고, 일부 수증기 성분과 소량의 기타 가스 성분을 더 포함할 수 있으며, 그 중 폐가스 중의 기타 주요 성분을 정화 후의 청정 테일가스로서 대기 중으로 방출한다.

탈착 과정에서, 가열(통상적으로는 가열증기, 가열공기 또는 가열 불활성 가스)을 통해 흡착제의 온도를 상승시켜, 흡착 과정에서 흡수된 VOC 성분을 방출한다. 통상적으로 탈착으로 생성되는 농축 폐가스의 VOC 농도는 소스 폐가스의 10 내지 30배이다.

본 발명에서 처리해야 하는 주조 연기 및 유사한 공업 폐가스에는 고분자 고비점의 유기물 성분이 함유되어 있으며, 상기 흡착 과정에서 겔상물 형식으로 흡착제 입자 표면 또는 큰 공극 내에 증착되어, 흡착제가 폐가스 중의 저분자 악취 가스 분자를 흡착하는 것을 저지할 수 있다. 상온의 탈착 과정에서, 이러한 고분자 고비점 유기물은 완전히 휘발 제거할 수 없으며, 만약 더 높은 탈착 온도를 사용할 경우, 예를 들어 탄화 온도인 400-500℃에 이를 경우, 이러한 고분자 고비점 유기물 중의 일부는 내고온성인 코킹(coking) 또는 탄소침적(carbon deposit)이 더 생성될 수 있으며, 몇 번의 흡착 탈착 사이클을 거친 후, 이러한 코킹 또는 탄소침적 성분의 축적이 흡착제 표면을 피복하고 흡착제의 구멍을 막아 흡착제의 흡착 능력의 심각한 저하를 초래할 수 있다.

보다 높은 회화 온도를 이용하여 코킹 또는 탄소침적을 처리할 수 있으나, 종래의 일반적인 흡착 농축 장치는 더 높은 온도에서의 운행을 지원하지 않는다. 억지로 종래의 구조에 더 높은 등급의 내고온성 재료를 사용하여 장치를 개조할 경우, 장치의 제조 원가와 운행 원가 역시 상업적으로 감당하기 어렵다.

본 발명의 주조 연기 처리방법 및 상응하는 장치는 이러한 문제에 대해 비교적 완벽한 해결 방법을 제시하였다.

가스를 처리하는 흡착베드를 가스가 통과하는 경로를 따라 다수의 흡착 구간으로 분할하되, 각 흡착구간은 흡착베드와 탈착장치 사이에서 전달 또는 전환이 가능하도록 하며, 연기 진입 부위에 위치하는 흡착구간이 시작구간이고, 연기 배출부위에 위치하는 흡착구간이 종료구간이며, 흡착베드의 연기 진입단은 시작단이고, 흡착베드의 연기배출 부위가 종료단이다.

고분자 겔상물이 시작단의 흡착제 표면에 피복되어 일정 정도에 도달 시, 상기 구간의 흡착베드를 흡착베드로부터 분리하고, 탈착장치로 이동시켜 탈착처리를 수행함과 동시에, 흡착베드의 종료단에 새로운 또는 재생 처리 후의 흡착구간을 보충한다.

본문에서, "일정 정도에 도달하다"라는 의미는, 구체적인 응용 상황에서 흡착장치로 유입된 연기 중 고분자 겔상물의 함량이 비교적 높고, 저분자 악취 성분의 함량은 적다면, 즉 "일정 정도에 도달하다"는 뜻은 고분자 겔상물이 시작구간의 흡착제 표면을 피복하는 정도가 약간 심함을 의미한다. 반대로, 저분자 악취 성분의 함량이 비교적 많아, 흡착장치를 통과 시 전체적인 흡착베드를 투과하기 쉽다면, 즉 "일정 정도에 도달하다"는 뜻은 고분자 겔상물이 시작구간의 흡착제 표면을 피복하는 정도가 경미한 정도로 제어됨을 의미한다.

탈착처리는 일반 온도 탈착과 이를 기초로 중첩되는 탄화 재생 및 회화 재생을 포함한다.

"중첩(superposition)"이란 일반 온도의 탈착을 완료한 후 탄화 온도 또는 회화 온도에 이를 때까지 계속 온도를 상승시켜 필요한 시간만큼 유지시키는 것을 의미한다. 일반온도의 탈착 이후 흡착제가 코킹되는 정도에 따라 매회 또는 수 차례마다 일반온도의 탈착 이후 한 번의 탄화 재생을 중첩한다. 같은 이치로, 탄화 재생 이후 흡착제의 탄소침적 정도에 따라 매회 또는 수 차례의 탄화 재생 이후 한 번의 회화 재생을 중첩한다. 탄화 재생은 산화 가스분위기에서 실시될 수도 있고, 불활성 가스분위기에서 실시될 수도 있다. 회화 재생은 산화 가스분위기에서만 실시가 가능하다.

"불활성 가스"란 질소가스, 이산화탄소 등 고분자 유기물과 연소를 일으키는 산화반응을 발생시키지 않는 비가연성 가스를 말하며, 이들은 헬륨 등 0족 원소 가스의 화학적 개념과는 다르다. 본문에서는 탄화 온도를 350-550℃로 정의하고, 회화 온도는 550-825℃로 정의하였다. 흡착베드에 사용되는 흡착제와 관련 파이프 장치는 그 이상의 온도를 견뎌야 하고, 조작 과정 중 흡착베드의 온도는 흡착제와 관련 파이프 장치가 견디는 온도 이하로 제어되어야 한다.

탈착 시 흡착베드의 전체 베드층을 전반적으로 탈착하는 종래의 로터 흡착기 또는 재생형 고정상 흡착기와 비교하여, 단계별 고온 탈착 방법 및 상응하는 장치의 장점은 비교적 많은 고분자 유기물이 축적된 흡착베드의 시작구간에 대해서만 고온 탈착과 고온 재생을 실시하여, 처리장치의 내고온 부분의 부피를 감소시킬 수 있기 때문에, 장치의 제조비가 절감되고 연료의 소모가 감소되며, 또한 흡착제의 고온 가열 횟수가 감소하여, 흡착제의 사용수명이 상대적으로 연장된다는데 있다. 이는 흡착베드에서 고분자 유기물의 증착 부위가 주로 단계별 흡착베드의 시작구간에 집중되고, 주로 흡착제의 표면에 증착되기 때문이다. 흡착구간은 흡착베드의 말단으로부터 시작단을 향해 이동하는 과정에서 먼저 흡착제가 흡착하기 어려운 악취 가스 성분을 흡착하고, 마지막에 가서야 그 표면을 이용하여 고분자 유기물을 흡착하기 때문에, 연기 중 각기 다른 악취 가스 성분에 대한 흡착제의 흡착능력을 충분히 이용할 수 있다.

흡착장치로 진입하는 고분자 유기물을 감소시키기 위하여, 연기 수집파이프에 여과응축 표면흡착기를 설치할 수 있다.

또한 여과응집 표면흡착기는 연기 수집파이프의 연기가 발생되는 주조 작업점 및 주조물을 냉각 이송하는 통로부위에 설치되는 입구에 설치된다. 이렇게 하면 고분자 겔상물이 낙하하여 화재를 일으키는 문제를 해결할 수 있다. 여과응집 표면흡착기는 2층으로 설치할 수 있으며, 그 의의는 뒤에서 설명한다.

내고온성 무기 여과재료 및 지지프레임을 사용하여 여과응집 표면흡착기를 제작할 수 있으며, 여과물은 구체적으로 스테인리스강선, 유리섬유, 세라믹섬유 및 이들의 조합일 수 있다. 이러한 재료를 사용하는 장점은 고분자 유기물을 흡수한 후 연소되기 쉽지 않는다는 점, 및 제어 탄화 회화법으로 응집 흡착된 고분자 겔상물을 처리하여 제거할 수 있다는 점을 포함한다.

구체적인 방법은 여과응집 표면 흡착기를 내고온성의 밀폐된 공간에 설치하고, 불활성 고온 가스로 이를 가열하여, 내부에 흡착된 고분자 유기물을 휘발시켜 기류에 의해 연소장치로부터 분해되도록 하는 것이다. 쉽게 휘발되지 않는 부분은 고온에 의해 탄화되며, 이후 계속 불활성의 고온 가스의 온도를 높이고 산소 성분을 제어하면서 투입하여 여과물 중의 코킹 또는 탄화된 고분자 유기물의 잔여 성분을 제거한다.

이상의 과정은 이론적으로는 공기를 사용할 수도 있으나, 승온 과정을 제어하기가 쉽지 않아 국부적으로 지나치게 빠르게 온도가 상승하면서 국부적인 열점을 형성하고, 고분자 축적물의 자연 연소를 야기하여 여과응집 표면 흡착기와 이송 파이프 및 장치를 손상시키는 등의 문제가 발생하기 쉽다.

여과응집 표면 흡착기 재생로(regenerating furnace)의 적극적인 의미는 여과응집 표면 흡착기 충전재의 교체비용과 환경에 대한 2차 오염을 피할 수 있다는데 있다.

여과응집 표면 흡착기의 고분자 겔상물에 대한 여과와 응집은 이해하기가 비교적 쉽다. 고분자 유기물이 주조 몰드의 고온 환경을 이탈한 후, 대부분은 공기 중에서 신속하게 냉각되어 액체화하며, 그 중 일부는 육안으로 볼 수 있는 연무 액적을 형성하는데, 이러한 연무 액적은 필터재를 통해 비교적 쉽게 포획되고, 나머지 육안으로 볼 수 없는 미세 액적 또는 분산 분자는 즉 필터재를 매우 쉽게 통과한다. 필터재가 이 부분의 고분자 유기물을 포획하려면 필터재 표면과 이러한 고분자 유기물의 친화능력이 필요하며, 이러한 친화능력이 실제로는 바로 표면 흡착능력이다. 필터재 재료 표면의 화학적 성질이 이러한 고분자 유기물과 유사할수록, 표면 흡착능력이 강해진다. 그러나 필터재의 재생능력 측면에서 고려하면, 필터재는 고온에 견디지 못하는 유기재료는 사용할 수 없다. 대체 방식으로는 연기가 필터를 통과 시, 필터 표면의 완만한 증착을 이용하는 것으로, 필터의 재료 표면이 피복될 때까지 증착되면 우수한 흡착 표면으로 변하게 된다. 그러나 고분자 유기물이 과도하게 증착되면, 또한 필터재의 막힘과 화재를 유발하기가 쉽다.

분리 가능한 두 겹 또는 두 겹 이상의 여과장치를 설치하는 목적은 과도하게 증착된 고분자 유기물 표층의 여과장치만 제거하고, 기존의 적당량으로 증착된 심층의 여과장치만 남겨, 이를 표층으로 대체하고, 새로운 또는 재생 후의 여과장치를 심층의 여과 위치에 장착할 수 있도록 하는 것이다.

비록 연기 수집을 위해 여과응축 표면 흡착기를 설치하더라도, 여전히 일부 고분자 유기물이 파이프를 통과하면서 축적될 수 있다. 과도한 축적을 막기 위하여, 연기 수집 파이프를 환상 파이프를 형성할 수 있는 구조로 설치하고, 파이프의 캐비티 내에 내고온성 단열재료 라이닝을 설치하여, 여과응집 표면 흡착기와 유사한 방법으로 파이프 내의 고분자 겔상물을 처리할 수 있다.

이하 실시예를 결합하여 상기 응용을 더욱 상세히 설명한다.

실시예 6: 주조 연기 단계별 흡착분리장치

도 15를 참조하면, 상기 장치는 흡착베드(C)와 재생장치(D)를 포함한다. 흡착베드(C)는 시작단(C1)과 종료단(C2)을 포함하며, 흡착베드(C)를 다수의 분리 가능한 흡착구간(X)으로 분할하여, 시작단에 위치한 흡착단은 시작구간(CX1)이라 칭하고, 종료단에 위치한 흡착단은 종료구간(CX2)이라 칭한다.

재생장치(D)는 재생단(D1)과 농축단(D2)을 포함한다. 흡착베드(C)의 재생장치(D)는 2개의 노치를 구비한 환상 구조를 형성하며, 흡착베드(C)의 시작단(C1)은 재생장치(D)의 농축단(D2)과 서로 인접한다. 상기 환상 구조를 구성하는 각 흡착구간(X)은 동력의 구동에 의해, 중공의 원호형 중심 화살표가 지시하는 방향을 따라 하나의 환상 궤도에서 순서대로 간헐적인 운동을 하며, 또한 그룹 편성의 변경을 통해 흡착베드(C)의 재생장치(D) 사이의 전환을 완수한다.

도 16을 참조하면, 흡착베드(C)와 재생장치(D)에 각각 파이프라인과 연통되는 가동 포트(H)가 설치된다. 흡착구간의 그룹 편성이 변경되었을 때, 이러한 가동 포트(H)는 연결되는 흡착베드(C) 및 재생장치(D)와 분리되어 궤도의 위치를 벗어나며, 흡착구간의 그룹 편성이 완료된 후 원래의 연결로 복귀한다.

그룹편성의 개념은 열차 운행의 조작 모드를 차용한 것이다.

도 15-16을 참조하면, 상기 장치가 작동 시, VOC를 함유한 연기가 시작단(C1)으로부터 유입되어 종료다(C2)을 통해 배출되며, 고온의 탈착 가스는 재생단(D1)을 통해 유입되어 농축단(D2)을 통해 배출된다. 상기 장치와 연결되는 주변 장치는 소스 오염 공기 이송 파이프(WG), 송풍기(P1), VOC 열분해장치(TO), 가스가열장치(P2), 탈착가스 공급장치(P3)와 연기배출 연통(P4)을 포함하며, 이는 통상적인 변온 흡착 VOC 농축장치와 동일하다.

실시예 7: 열회수장치가 설치된 주조 연기 단계별 흡착분리장치

도 17-19를 참조하면, 실시예 6을 기초로, 흡착베드(C)의 종료단과 재생장치(D)의 재생단 사이에 흡착베드(C)의 종료단(C2)과 인접한 냉단(E1) 및 재생장치(D)의 재생단(D1)과 인접한 열단(E2)을 포함하는 열회수장치(E)가 추가되며, 마찬가지로 다수의 흡착구간(X)을 포함한다. 탈착가스는 냉단(E1)을 통해 열회수장치(E)로 진입하여 열단(E2)을 통해 배출되며, 가스 가열장치(P2)를 거쳐 탈착온도까지 가열된 후 재생장치(D)로 진입한다. 개선 후, 흡착구간의 운동과 그룹편성 변경방식은 실시예 6과 유사하다.

실시예 7의 긍정적인 작용은 탈착이 완료되어 고온 상태에 놓인 흡착제에 함유된 열에너지를 회수하고, 강온 과정에서 잔존하는 유기 오염물 가스를 한 단계 더 세척할 수 있다는데 있다.

도 17은 원고리형 궤도를 이용한 경우로서, 그 장점은 구조가 단순하고, 흡착구간의 그룹 편성을 변경 시 이동 거리가 짧다는 것이고; 단점은 전체적인 장치가 차지하는 면적이 크고 조정이 불가능하다는 점이다.

도 18은 레이스형 궤도를 이용하는 경우로서, 그 장점은 장치가 장방형이어서, 면적이 절약되고 조정이 용이하며, 흡착구간은 수직 원통형으로, 작동 기류의 균일함을 유지하기가 용이하다는데 있고; 그 단점은 흡착구간의 그룹편성을 변경 시 이동거리가 멀다는데 있다.

도 19는 원각 삼각형 궤도를 이용하는 경우로서, 공정상 흡착베드(C), 탈착장치(D)와 열회수장치(E)에 대체로 동일한 흡착구간의 개수를 사용해야 할 경우, 이러한 궤도 방식을 채택할 수 있다.

실시예 8: 주조 연기(casting flue gas) 처리장치의 전과정 시스템 설치

도 20을 참조하면, 주조 작업장에서 수지 몰드의 주조로 발생되는 연기를 처리하는 현장 모델에 따라 설치된 주조 연기 처리장치의 전과정 시스템을 도시한 것으로서, 상기 시스템은 A구역 처리장치 설치영역과 B구역 수직파이프 및 여과응집 표면흡착기 설치영역을 포함한다.

시스템을 더욱 단순화하기 위하여, 주조연기 처리장치는 실시예 6의 간단한 구조를 채택하였으며, 실제로는 실시예 7의 구조가 더욱 실용적이다. 상기 기술분야 내에서, 일반 기술자라면 이들 간의 전환에 어려움이 없을 것이다.

도면에서, 파이프라인과 환기 파이프라인(P6)을 표시한 실선에 중첩되는 실심 화살표는 연기 처리 과정의 가스 흐름 방향을 나타내고, 실선과 평행한 중공의 화살표는 여과응집 표면흡착기(P5)와 오염가스 수집 이송파이프(P6)상의 고분자 유기물 축적물을 제거하는 고온 재생 과정 중 고온 가스의 흐름방향을 나타낸 것이다.

여과응집 표면흡착기(P5)는 주조 작업장의 각 위치에 분산 또는 집중되어 있으며, 이들과 이송파이프(P6) 사이의 각기 다른 부위에 기류의 균형을 제어하기 위한 스로틀밸브(P7)가 설치된다.

도 21을 참조하면, 이송 파이프라인(P6)은 이중관 루프로 설계되며, 오염된 가스를 정상적으로 수집하여 처리하는 작업 시, 파이프라인은 이중관 평행 이송이다.

도 22를 참조하면, 이송파이프에서 고온 재생 시, 각 스로틀밸브(P7) 및 이송파이프와 흡착 농축 장치 사이의 차단밸브(P9)를 폐쇄하면, 이송파이프는 즉 환상 통로를 형성한다. 재생 작업을 개시 시, 차단밸브(P10), 공기원 차단밸브(P11)와 산소원 차단밸브(P12)를 폐쇄하고, 질소가스원 차단밸브(P13)를 개방하면, 질소가스가 파이프로 진입되어 파이프 내의 공기가 배출되며, 차단밸브(P10)를 개방하고, 가스 가열로(P2)를 작동시켜, 전체적인 이송 파이프를 가열한다.

그 동안 파이프 내부로 질소가스를 연속적으로 보충하여, 스로틀밸브(P8)와 파이프의 압력을 제어하며, 나머지 가스는 축열 산화 소각로(RTO)를 거쳐 처리된 후 연통(P4)을 통해 배출된다.

파이프가 적당한 온도까지 상승하여 예를 들어 450-650℃에서 배출되는 가스의 발열량이 안전수치까지 떨어지고, RTO의 자체 연소가 유지될 수 없는 경우, 산소원 차단밸브(P12)를 개방하여, 파이프 내부로 산소를 서서히 주입하고, 고온에서 파이프 내부의 코킹과 탄소침적을 산화시켜 제거하며, 마지막으로 질소가스, 산소가스원과 가스 가열로를 폐쇄하고, 공기원 차단밸브(P11)를 개방하여, 파이프를 냉각시키도록 공기를 주입하면, 이송 파이프의 고온 재생 과정을 종료할 수 있다.

도 23을 참조하면, 그 중 P14는 여과응집 표면 흡착기 재생로를 나타낸 것이다. 재생로(P14)는 내열보온 캐비티체로서, 양단이 가스 가열로(P2)를 포함하는 고온 재생 이송파이프와 연결되며, 즉 고분자 유기물이 축적된 여과 응집 표면 흡착기가 캐비티체 내에 배치되어, 이송 파이프의 고온 재생과 유사한 과정을 이용하여 여과응집 표면 흡착기를 고온에서 재생시킬 수 있다.

도 24를 참조하면, 여과응집 표면흡착기(P5)의 여과 흡착위치와 재생로(P14) 사이의 순환 흐름 과정을 나타낸 것으로서, 도면에서, P7은 스로틀밸브이고, P16은 가스수집 후드이며, P6은 연기 이송파이프이다.

Claims (14)

1. 가스 흡착분리장치에 있어서,
   흡착 기능모듈, 기타 기능모듈을 포함하며, 상기 흡착 기능모듈의 주요 기능부분은 2개 이상의 순서대로 배열되는 흡착유닛으로 구성된 흡착 시퀀스로서, 흡착 시퀀스는 헤드엔드와 테일엔드를 포함하며, 분리될 가스가 헤드엔드로부터 테일엔드로의 방향을 따라 상기 흡착 시퀀스를 통과하며, 헤드엔드에 위치한 흡착유닛의 흡착질 가스에 대한 흡착 포화도가 사전 설정된 정도에 도달하면 상기 흡착 시퀀스를 이탈하여 탈착장치를 포함하는 기타 기능모듈로 진입하고, 탈착처리를 포함하는 기타 공정 처리를 완수한 후 테일엔드로부터 순서대로 상기 흡착 시퀀스로 재진입하고, 상기 흡착유닛은 흡착제와 기계적 지지구조로 구성되고, 적당한 기계강도와 양호한 투과율(permeability)을 구비한 흡착 고정상으로서, 포화 흡착이 완료된 상기 흡착유닛은 포화 흡착유닛이라 칭하고, 탈착 재생이 완료된 상기 흡착 유닛은 재생 흡착유닛이라 칭하며,
   사용되는 흡착 탈착 방식은 변온 흡착이며, 상기 탈착장치의 주요 기능부분은 2개 이상의 순서대로 배열되는 포화 흡착유닛으로 구성된 탈착 시퀀스로서, 포화단과 재생단을 포함하고, 고온의 탈착가스는 재생단으로부터 포화단으로의 방향을 따라 탈착 시퀀스를 통과하고 농축 흡착질 가스를 생성하며, 포화 흡착 유닛은 탈착 재생을 완료한 후 상기 탈착 시퀀스를 이탈하는 것을 특징으로 하는,
   가스 흡착분리장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 기타 기능모듈은 열재생장치를 더 포함하며, 상기 열재생장치는 탈착 재생이 완료되어 고온 상태에 처한 재생 흡착 유닛의 열에너지를 탈착가스로 전달하는 것을 특징으로 하는 가스 흡착분리장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 열재생장치의 주요 기능부분은 2개 이상의 순서대로 배열된 고온 재생 흡착 유닛으로 구성되는 열재생 시퀀스로서, 열단과 냉단을 포함하며, 탈착이 완료된 고온의 열재생 흡착유닛이 열단으로부터 상기 열재생 시퀀스에 투입되어, 열재생가스가 냉단으로부터 열단으로의 방향을 따라 상기 열재생 시퀀스를 통과하며, 가열을 거친 후 상기 고온 탈착 가스를 생성하여 상기 탈착장치로 진입하고, 열교환이 완료된 저온의 재생 흡착 유닛이 냉단으로부터 상기 열재생 시퀀스를 이탈하는 것을 특징으로 하는 가스 흡착분리장치.
6. 제1항, 제4항 및 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 흡착유닛의 각 기능 모듈 간의 전달과 전환은 흡착유닛을 각 기능모듈 사이에서 전이시킬 수 있는 유닛 이동장치를 통해 완수되는 것을 특징으로 하는 가스 흡착분리장치.
7. 제1항, 제4항 및 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
   흡착유닛의 흡착장치, 탈착장치와 열재생장치 사이에서의 전환은 파이프라인 밸브의 개폐와 스위칭을 통해 구현되는 것을 특징으로 하는 가스 흡착분리장치.
8. 제1항, 제4항 및 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
   흡착장치, 재생장치 및 열회수장치를 구성하는 흡착유닛은 그룹편성 또는 단독의 방식으로 동력 구동 하에 하나의 폐쇄된 궤도를 따라 단일방향으로 간헐적 운동을 수행하고, 흡착베드, 재생장치 및 열회수장치가 각각 하나의 그룹을 구성하여, 그룹편성의 변경을 통해 흡착구간의 흡착베드, 재생장치와 열회수장치 사이에서의 전환을 완수하는 것을 특징으로 하는 가스 흡착분리장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 폐쇄된 궤도는 원형, 레이스형 또는 원각 삼각형 중의 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 흡착분리장치.
10. 제7항에 있어서,
    파이프라인 밸브의 개폐와 스위칭은 일련의 차단밸브와 한 세트의 스위칭밸브를 포함하는 파이프라인 스위칭 디스크를 통해 구현되는 것을 특징으로 하는 가스 흡착분리장치.
11. 가스 흡착분리장치에 있어서,
    흡착 기능모듈, 기타 기능모듈을 포함하며, 상기 흡착 기능모듈의 주요 기능부분은 2개 이상의 순서대로 배열되는 흡착유닛으로 구성된 흡착 시퀀스로서, 흡착 시퀀스는 헤드엔드와 테일엔드를 포함하며, 분리될 가스가 헤드엔드로부터 테일엔드로의 방향을 따라 상기 흡착 시퀀스를 통과하며, 헤드엔드에 위치한 흡착유닛의 흡착질 가스에 대한 흡착 포화도가 사전 설정된 정도에 도달하면 상기 흡착 시퀀스를 이탈하여 탈착장치를 포함하는 기타 기능모듈로 진입하고, 탈착처리를 포함하는 기타 공정 처리를 완수한 후 테일엔드로부터 순서대로 상기 흡착 시퀀스로 재진입하고, 상기 흡착유닛은 흡착제와 기계적 지지구조로 구성되고, 적당한 기계강도와 양호한 투과율(permeability)을 구비한 흡착 고정상으로서, 포화 흡착이 완료된 상기 흡착유닛은 포화 흡착유닛이라 칭하고, 탈착 재생이 완료된 상기 흡착 유닛은 재생 흡착유닛이라 칭하며,
    사용되는 흡착 탈착 방식은 변온 변압 흡착이며, 기타 기능모듈은 순환풍 가열장치, 진공 탈착장치를 포함하고, 흡착유닛의 흡착장치, 순환풍 가열장치와 진공 탈착장치 사이에서의 전환은 일련의 차단밸브 및 한 세트의 스위칭밸브를 포함하는 파이프라인 스위칭 디스크를 통해 구현되며, 포화 흡착이 완료된 흡착유닛은 순환풍 가열장치와 진공 탈착장치의 이중 작용을 거쳐 탈착이 완료되는 것을 특징으로 하는 가스 흡착분리장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 기타 기능모듈은 하나의 흡착유닛 저장공급장치와 하나의 흡착유닛 회수장치를 더 포함하며, 흡착 기능모듈의 작동 과정에서, 흡착유닛 저장공급장치는 흡착 시퀀스의 테일엔드로부터 흡착유닛을 하나씩 투입하고, 흡착유닛 회수장치는 흡착 시퀀스의 헤드엔드로부터 포화 흡착유닛을 하나씩 회수하고, 회수된 포화 흡착유닛을 밀폐 저장하며, 밀폐 저장된 포화 흡착유닛이 탈착장치를 포함하는 기타 기능모듈 내에서 탈착 처리를 포함하는 공정 처리를 완료한 후 생성된 재생 흡착유닛은 흡착유닛 저장공급장치에 의해 수납되어 저장되는 것을 특징으로 하는 가스 흡착분리장치.
13. 제1항에 따른 가스 흡착분리장치를 이용하여 고분자 겔상물을 함유한 연기를 처리하는 방법에 있어서,
    A. 사용되는 연기 처리장치는 가스를 처리하기 위한 흡착베드와 흡착제를 재생하기 위한 재생장치를 포함하며, 흡착베드를 연기가 통과하는 경로를 따라 다수의 흡착구간으로 분할하고, 각 흡착구간을 순차적으로 연통시켜, 순서대로 흡착베드와 재생장치 사이에서 전달 또는 전환이 가능하도록 하고, 연기 진입부위에 위치한 흡착구간이 시작구간이고, 연기 배출부위에 위치한 흡착구간이 종료구간이며, 흡착베드의 연기 진입단이 시작단이고, 흡착베드의 연기 배출부위가 종료단이고;
    B. 고분자 겔상물을 함유한 연기가 지속적으로 흡착베드를 통과하도록 하여, 흡착 정화 과정이 완료된 후 연기 처리장치를 통해 배출되도록 하며;
    C. 고분자 겔상물이 시작구간의 흡착제 표면에 피복되어 일정 정도에 도달 시, 상기 흡착구간을 흡착장치로부터 분리하고, 재생장치로 이동시켜 탈착처리를 실시함과 동시에, 흡착베드의 종료단에 새로운 또는 재생 처리 후의 흡착구간을 보충하며;
    D. 일반 온도의 탈착처리로 흡착이 완료되어 탈착장치로 이동한 흡착구간은 일반 온도의 탈착처리를 기초로 필요한 빈도로 탄화 재생과 회화(ashing) 재생을 중첩(superposition)하며;
    F. 이상의 재생처리가 완료된 흡착구간을 다시 흡착베드로 진입시키는 단계와 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자 겔상물을 함유한 연기를 처리하는 방법.
14. 제13항에 있어서,
    단계 D와 F 사이에, 구체적으로, 재생가스가 먼저 재생이 완료되어 고온상태에 처한 흡착구간을 통과한 다음 가스 가열장치를 통과하도록 하여 가스 온도를 단계 D에서 사용되는 처리온도까지 상승시킨 후, 재생장치로 진입하도록 하는 단계 E가 추가되는 것을 특징으로 하는, 고분자 겔상물을 함유한 연기를 처리하는 방법.

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