KR102550304B1 - 광산배수 슬러지 및 레드 머드를 이용한 황화수소 제거용 흡착제 - Google Patents

광산배수 슬러지 및 레드 머드를 이용한 황화수소 제거용 흡착제 Download PDF

Info

Publication number
KR102550304B1
KR102550304B1 KR1020210061118A KR20210061118A KR102550304B1 KR 102550304 B1 KR102550304 B1 KR 102550304B1 KR 1020210061118 A KR1020210061118 A KR 1020210061118A KR 20210061118 A KR20210061118 A KR 20210061118A KR 102550304 B1 KR102550304 B1 KR 102550304B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
adsorbent
hydrogen sulfide
red mud
drum
removing hydrogen
Prior art date
Application number
KR1020210061118A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220153759A (ko
Inventor
지원현
Original Assignee
지원현
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지원현 filed Critical 지원현
Priority to KR1020210061118A priority Critical patent/KR102550304B1/ko
Publication of KR20220153759A publication Critical patent/KR20220153759A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102550304B1 publication Critical patent/KR102550304B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28016—Particle form
    • B01J20/28019—Spherical, ellipsoidal or cylindrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/304—Hydrogen sulfide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

본 발명은 산화철을 포함하는 레드 머드와 수산화철을 포함하는 광산배수 슬러지를 함께 이용함으로써 황화수소 흡착능을 저해함 없이 화재 발생 위험이 없는 황화수소 제거용 흡착제에 관한 것입니다.

Description

광산배수 슬러지 및 레드 머드를 이용한 황화수소 제거용 흡착제 {Adsorbent for removing hydrogen sulfide using mine drainage sludge and red mud}
본 발명은 광산배수 슬러지 및 레드 머드를 이용한 황화수소 제거용 흡착제에 관한 것이다.
지구 온난화와 같은 기후 변화의 주 원인이 화석 연료의 사용이라는 점이 알려지면서, 탄소세의 도입, 신재생에너지 의무발전 제도 등 화석 연료의 사용을 제한하고자 하는 움직임이 가속화되고 있다.
이러한 움직임에 발맞춰 바이오 연료가 새로운 재생에너지원으로 부각되고 있다. 특히 바이오 알코올은 화석 연료에 비해 환경 오염물질의 배출이 적어 친환경 에너지로 주목받고 있다.
바이오 연료는 바이오 에너지를 생산해 낼 수 있는 에너지원이 되는 식물, 미생물, 동물 등의 생물체나, 음식쓰레기, 축산 폐기물 등을 발효시켜 만들어낸 연료를 의미한다.
바이오 연료를 발효시키는 과정에서 발생하는 가스에는 황화수소가 포함되어 있으며, 이와 같은 황화수소를 포함하는 바이오 연료를 그대로 이용할 경우 황화수소로 인해 바이오 연료를 이용하는 설비가 손상되는 문제가 있다.
제조한 바이오 연료를 이용하기 위서는 황화수소를 제거하여야 하며, 이를 위해 종래에는 철수산화물 흡착제, 산화철 흡착제 등을 이용하여 흡착탑에 충진하여 사용하였다.
한편, 가행탄광 또는 폐광산에서 지속적으로 발생하는 오염원인 광산배수를 처리하는 과정에서 생성되는 광산배수 슬러지나 보크사이트에서 알루미늄을 생성하는 과정에서 생성되는 레드 머드에는 철수산화물이나 산화철이 포함되어 있다.
이에 종래에는 광산배수 슬러지에 주로 포함되어 있는 철수산화물이나 레드머드에 주로 포함되어 있는 산화철을 이용하여 있는 황화수소 제거용 흡착제를 제조하려는 시도가 있었다.
도 1에서 보는 바와 같이, "정유 및 석유화학 공정에서 황화철 취급에 관한 안전관리 기술지침(2012.7, 한국산업안전보건공단)"에는 수산화철로부터 형성된 황화철의 경우에는 반응열이 500 ℃ 미만이지만, Fe2O3로부터 형성된 황화철의 경우에는 반응열에 의해 500 ℃를 초과하여 온도가 올라가고, Fe3O4로부터 형성된 황화철의 경우 산소와 반응하여 최대 780 ℃ 이상의 온도까지 올릴 수 있는 반응열이 발생된다. 500 ℃를 초과하는 반응열은 탄화수소 물질을 자연 점화시킬 가능성이 있으며, 780 ℃에서는 대부분의 탄화수소 물질이 자연점화 된다. 광산배수 슬러지와 달리 레드 머드는 주로 산화철(Fe2O3 : 약 30 wt%, Fe3O4: 약 8 wt%)을 이용하여 황화수소를 제거하기 때문에, 레드 머드만을 이용한 황화수소 제거용 흡착제를 이용할 경우 황화수소를 제거하는 과정에서 형성된 황화철이 산소와 반응하는 반응열에 의해 화재가 발생하는 것이다.
산화철이 수산화철에 비해 분자당 철 함유량이 높기 때문에 광산배수 슬러지를 이용한 황화수소 제거용 흡착제에 비해 레드 머드를 이용한 황화수소 제거용 흡착제가 황화수소 제거에 유리한 점이 있음에도 불구하고, 광산배수 슬러지의 경우에는 황화수소 제거용 흡착제로 이용되려는 시도가 비교적 활발히 이루어지고 있으나 레드 머드의 경우에는 황화수소가 산화철에 흡착되면서 생성된 황화철이 다시 산소와 반응하면서 발생하는 열에 의해 자가발화되는 문제가 있어 황화수소 제거용 흡착제로 제대로 이용되고 있지 못하고 있는 실정이다.
특히, 레드 머드는 보크사이트를 이용하여 알루미늄을 제조하는 과정에서 세계적으로 연간 약 1억 2천만톤 발생하고 있으며, 폐기되는 레드 머드에 의한 오염 문제가 점차 심각해지고 있다. 따라서 이와 같은 레드 머드를 재활용할 수 있는 방안이 시급한 실정이다.
정유 및 석유화학 공정에서 황화철 취급에 관한 안전관리 기술지침(2012.7, 한국산업안전보건공단)
본 발명의 일 목적은 광산배수 슬러지 및 레드 머드를 이용한 황화수소 제거용 흡착제를 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
이상에서 설명한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 황화수소 제거용 흡착제는 레드 머드와 광산배수 슬러지를 함께 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 레드 머드와 상기 광산배수 슬러지의 함량비는 1 : 0.2 ~ 0.7 인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 레드 머드는 Fe2O3 및 Fe3O4로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 산화철을 포함하고, 상기 광산배수 슬러지는 Fe(OH)2 및 Fe(OH)3로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 수산화철을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 황화수소 제거용 흡착제는 산화철을 포함하는 레드 머드와 수산화철을 포함하는 광산배수 슬러지를 함께 이용함으로써 황화수소 흡착능을 저해함 없이 화재 발생 위험이 없다는 장점이 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 황화철의 종류에 따른 산화반응의 시간대별 온도를 측정한 결과이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 황화수소 제거용 흡착제의 개략적 단면이다.
도 3은 본 발명의 다른 예에 따른 구형 흡착제 제조장치의 개략적 측면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 구형 흡착제 제조장치의 덮개가 닫힌 상태를 나타낸 것이다.
도 5는 도 3에 도시된 드럼에 설치되는 구체성형유닛과 교반기의 개략적 사시도이다.
도 6은 구체성형유닛의 블레이드의 단면을 나타낸 것으로서 (a) 및 (b)는 각각 도 5의 a-a선 및 b-b선 개략적 단면이다.
도 7은 교반기의 교반부의 단면을 나타낸 것으로서 도 5의 c-c선 개략적 단면도이다.
도 8은 구체 성형 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 흡착제 재료의 구름접촉 방향을 설명하기 위한 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 황화수소 제거용 흡착제는 산화철을 포함하는 레드 머드, 수산화철을 포함하는 광산배수 슬러지를 함께 포함한다.
이때, 레드 머드에 포함되는 산화철은 Fe2O3 및 Fe3O4로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 일수 있다. 수산화철은 Fe(OH)2 및 Fe(OH)3로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
산화철 및 수산화철은 황화수소 가스와 만날 경우 황화가스를 흡착하여 황화철을 형성한다. 즉, 레드 머드와 광산배수 슬러지를 함께 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 황화수소 제거용 흡착제를 이용하여 황화수소를 제거할 수 있다. 산화철 또는 수산화철을 이용하여 황화수소 가스를 제거하는 것과 그 효율을 향상시키는 것에 대해서는 다수의 연구가 진행된바 있으므로 여기서는 설명을 생략하도록 한다.
도 1에서는 보는 바와 같이 Fe2O3로부터 형성된 황화철은 500 ℃ 이상까지 온도가 올라가며, Fe3O4로부터 형성된 황화철은 780 ℃까지 온도가 올라간다.
아래의 표 1은 "보크사이트 잔사물(레드머드)의 개요 및 국내외 처리 현황(박용호 외, 한국건설순환자원학회지 12권 제4호(p. 22-27), 2017.12.4)"에 개시된 레드 머드의 화학 조성 범위를 나타낸 것이다.
성분 함량(wt %)
철산화물 20 ~ 45
알루미늄산화물 10 ~ 22
티탄산화물 4 ~ 20
칼슘산화물 0 ~ 14
실리콘산화물 5 ~ 30
소듐산화물 2 ~ 8
표 1에 보는 바와 같이, 레드 머드에는 철산화물이 20 ~ 45 wt% 포함하며, 레드 머드의 광물학 조성을 더 살펴보면 철산화물로 Fe2O3 및 Fe3O4를 포함한다.
즉, 레드 머드 만을 이용하여 황화수소 제거용 흡착제를 제조할 경우 철산화물, 특히 Fe3O4가 포함되어 있기 때문에, 이러한 흡착제를 흡착탑에 설치하여 황화수소가 포함된 가스를 흘려줄 경우 황화수소를 흡착하면서 형성된 황화철이 산소와 반응하여 500 ℃ 이상으로 온도가 증가하여 화재가 발생하는 문제가 있다.
한편 "수질정화시설 유지관리 및 슬러지 재활용 기술개발, 한국광해관리공단(2019. 12.)"에는 광산배수 슬러지에 포함되어 있는 결정질 수산화철의 비율이 39 ~ 63 wt%이며, 비정질 형태로도 다량의 수산화철이 존재하고 있음이 개시되어 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 황화수소 제거용 흡착제는 레드 머드와 광산배수 슬러지를 함께 이용함으로써 황화수소 제거과정에서 형성된 황화철이 산소와 반응하더라도 최대 온도가 500 ℃를 미만이 되도록 함으로써 자연발화를 방지하고, 무엇보다 다른 탄화수소 물질이 연소되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제1실시형태에 따른 황화수소 제거용 흡착제는 100 중량부의 레드 머드 및 광산배수 슬러지 혼합물을 기준으로 5 내지 10 중량부의 바인더를 이용하여 펠릿 또는 구형으로 제조된다.
레드 머드는 철산화물이 20 내지 45 wt%를 포함하는 것을 이용할 수 있으며, 광산배수 슬러지는 수산화철의 함량이 40 ~ 60 wt%인 것을 이용할 수 있다. 제조되는 황화수소 제거용 흡착제의 형상을 제어하기 위해서는 황후수소 제거용 흡착제를 제조하기 위한 조성물, 즉 광산배수 슬러지와 레드머드, 바인더의 혼합물의 함수율이 35~55% 정도인 것이 바람직하다. 그런데 광산배수 슬러지의 함수율은 70 ~ 80 % 정도이며, 레드머드의 함수율은 30 ~ 40 %이다. 따라서 레드머드와 광산배수 슬러지의 함량비는 1 : 0.15 ~ 0.63로 함으로써 별도의 건조공정(또는 탈수공정)이나 물을 첨가함 없이 적정한 함수율로 제어가 가능하다.
레드 머드 및 광산배수 슬러지 혼합물을 건조한 것을 이용할 경우에는 레드 머드 및 광산배수 슬러지 혼합물100 중량부를 기준으로 물이 35 ~ 55 중량부를 더 포함할 수 있다. 물이 35 중량부 미만일 경우에는 레드 머드 및 광산배수 슬러지 혼합물을 교반하기 어려우며, 물이 너무 과량 포함될 경우 황화수소 제거용 흡착제의 형상을 팰릿 또는 구형으로 제어하기 위해 물을 제거하는 것에 많은 시간 및 비용이 소모된다.
바인더로는 물유리, 알루미나졸, 실리카졸 등을 이용할 수 있다. 바인더의 양이 레드 머드 및 광산배수 슬러지 혼합물을 100중량부 기준으로 5 중량부 미만일 경우 원하는 형상으로 흡착제를 형성할 수 없으며, 10 중량부 초과할 경우에는 흡착 성능이 감소하기 시작하는 문제가 있다.
필요한 경우 본 발명의 제1실시형태에 따른 황화수소 제거용 흡착제는 먼저 레드 머드 및 광산배수 슬러지 혼합물에 물과 바인더를 첨가 및 혼합한다. 필요한 경우 탈수 장치를 이용하여 함수율을 35 ~ 55%까지 낮춘다. 제조된 혼합물은 팰릿 형성장치나 후술하는 구형 흡착제 제조장치를 이용하여 팰릿이나 구형으로 제조한다. 제조된 황화수소 제거용 흡착제는 90~120도 정도에서 일정시간 굳혀준다.
레드 머드 및 광산배수 슬러지의 함량비에 따른 영향을 살펴보기 위해, 레드머드 및 광산배수 슬러지의 혼합물 100중량부를 기준으로 5중량부의 물유리를 혼합하여 구형으로 황화수소 제거용 흡착제를 제작하였다.
제작한 황화수소 제거용 흡착제를 흡착탑에 투입하고 먼저 황화수소(농도: 10,600 ppm, 유량: 80 sccm)를 60분간 흘려주어 황화수소 흡착량을 측정하였으며, 황화수소 흡착을 완료한 황화수소 제거용 흡착제에 산소(순도: 99.9%, 유량: 80 sccm)를 흘려주면서 30분 내에 최대 온도를 측정하였다. 그 결과를 아래의 표 2에 표시하였다.
샘플 레드 머드와 광산배수 슬러지
함량비		 황화수소 흡착량
(mg/g)		 최대 온도
(℃)
1 1:0.1 55.02 588
2 1:0.2 57.02 511
3 1:0.3 58.11 492
4 1:0.4 60.75 476
5 1:0.5 61.89 450
6 1:0.6 63.21 441
7 1:0.7 63.98 423
8 1:0.8 64.85 417
표 2에서 보는 바와 같이, 레드 머드에 대해 광산배수 슬러지의 함량비가 0.3 미만인 경우에는 생성된 황화철의 산화 과정에서 최대 온도가 500 ℃를 초과하여 화재의 위험이 있다. 레드 머드에 대해 광산배수 슬러지의 함량비가 0.7을 초과할 경우 레드 머드의 이용량이 너무 낮아져, 본 발명의 본래의 목적인 레드 머드의 이용이라는 취지에서 벗어난다. 또한, 전술한 바와 같이 레드 머드에 대해 광산배수 슬러지의 함량비가 0.63을 초과할 경우에는 함수율이 너무 높아져 황화수소 제거용 흡착제의 형상을 제어하기 힘들어진다.
한편, 광산배수 슬러지 광산배수 슬러지를 이용한 황화수소 제거용흡착제가 레드 머드를 이용한 황화수소 제거용 흡착제보다 황화수소 제거능력이 우수하다. 따라서 표 2에서 보는바와 같이 본 발명의 제1실시형태의 황화수소 제거용 흡착제의 경우 광산배수 슬러지를 레드머드에 혼합함으로써 화재 위험을 낮춰 안정성을 높임과 동시에 황화수소 제거능력도 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제2실시형태에 따른 황화수소 제거용 흡착제는 도 2에 도시된 바와 같이 산화철을 포함하는 레드 머드를 코어(C)로, 수산화철을 포함하는 광산배수 슬러지를 코어의 외측을 감싸는 쉘(S)로 형성함으로써 산화철로부터 형성된 황화철이 산소와 직접적으로 접촉하는 것을 최대한 방지함으로써 황화수소 제거과정에서 형성된 황화철이 산소와 반응하더라도 최대 온도가 500 ℃를 미만이 되도록 함으로써 자연발화를 방지하고, 무엇보다 다른 탄화수소 물질이 연소되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제2실시형태에 따른 황화수소 제거용 흡착제의 코어는 100 중량부의 건조된 레드 머드를 기준으로 35 내지 55 중량부의 물과 5 내지 10 중량부의 바인더를 이용하여 구형으로 제조된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 황화수소 제거용 흡착제의 쉘은 코어의 외측에 100 중량부의 건조된 광산배수 슬러지를 기준으로 35 내지 55 중량부의 물과 5 내지 10 중량부의 바인더를 이용하여 코어를 감싸도록 제조된다.
레드 머드와 광산배수 슬러지는 건조된 것을 이용한다. 레드 머드는 철산화물이 20 내지 45 wt%를 포함하는 것을 이용할 수 있으며, 광산배수 슬러지는 수산화철의 함량이 40 ~ 60 wt%인 것을 이용할 수 있다.
건조된 레드 머드 또는 건조된 광산배수 슬러지 100 중량부를 기준으로 물이 35 중량부 미만일 경우에는 레드 머드 또는 광산배수 슬러지를 교반하기 어려우며, 물이 너무 과량 포함될 경우 그 형상을 제어하기 위해 물을 제거하는 것에 많은 시간 및 비용이 소모된다.
바인더로는 물유리, 알루미나졸, 실리카졸 등을 이용할 수 있다. 바인더의 양이 레드 머드 또는 광산배수 슬러지 100 중량부 기준으로 5 중량부 미만일 경우 원하는 형상으로 흡착제를 형성할 수 없으며, 10 중량부 초과할 경우에는 흡착 성능이 감소하기 시작하는 문제가 있다.
본 발명의 제2실시형태에 따른 황화수소 제거용 흡착제는 먼저 레드 머드에 물과 바인더를 첨가 및 혼합한다. 필요한 경우 탈수 장치를 이용하여 함수율을 35 ~ 55%까지 낮춘다. 제조된 레드 머드 혼합물은 후술하는 구형 흡착제 제조장치를 이용하여 구형의 코어를 제조하고, 90~120도에서 일정시간 굳혀준다. 다음으로 광산배수 슬러지도 레드 머드와 마찬가지로 물과 바인더를 첨가 및 혼합하고, 필요한 경우 후 탈수 장치를 이용하여 함수율을 35 ~ 55%까지 낮춘다. 제조된 코어가 존재하는 구형 흡착제 제조장치에 광산배수 혼합물을 투입하고, 구형 흡착제 제조장치를 작동시켜 코어의 외측에 코어를 감싸도록 쉘을 형성하여 황화수소 제거용 흡착제를 제조한다.
본 발명의 제2 실시예에 딸른 코어-쉘 구조의 황화수소 제거용 흡착제의 효과를 알아보기 위해, 레드 머드 100 중량부를 기준으로 50중량부의 물과 5중량부의 물유리를 혼합하여 구형으로 코어를 제조하고, 코어의 외측에 광산배수 슬러지 100 중량부를 기준으로 50중량부의 물과 5중량부의 물유리를 혼합하여 쉘을 형성하여 제2실시형태(실시예 1)의 황화수소 제거용 흡착제를 제조하였다.
레드 머드 100 중량부를 기준으로 50중량부의 물과 5중량부의 물유리를 혼합하여 구형으로 비교예 1의 황화수소 제거용 흡착제를 제조하고, 광산배수 슬러지 100 중량부를 기준으로 50중량부의 물과 5중량부의 물유리를 혼합하여 구형으로 비교예 2의 황화수소 제거용 흡착제를 제조하였다.
제작한 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 황화수소 제거용 흡착제를 흡착탑에 투입하고 먼저 황화수소(농도: 10,600 ppm, 유량: 80 sccm)를 60분간 흘려주어 황화수소 흡착량을 측정하였으며, 황화수소 흡착을 완료한 황화수소 제거용 흡착제에 산소(순도: 99.9%, 유량: 80 sccm)를 흘려주면서 30분 내에 최대 온도를 측정하였다. 그 결과를 아래의 표 3에 표시하였다.
샘플 황화수소 흡착량
(mg/g)		 최대 온도
(℃)
비교예 1 51.87 613
비교예 2 70.21 372
실시예 1 65.30 413
표 3에서 보는 바와 같이, 레드 머드만으로 제조된 비교예 1의 황화수소 제거용 흡착제는 최대온도가 500 ℃를 초과하여 화재의 위험이 있다. 이에 비해 실시예 1의 황화수소 제거용 흡착제는 황화수소 흡착량도 광산배수 슬러지로만 제조된 비교예 2에 비해 동등 수준이며, 최대 온도도 500 ℃ 미만으로 화재가 발생하지 않을 정도로 충분히 온도가 낮아진다.
도 3은 본 발명의 다른 예에 따른 구형 흡착제 제조장치의 개략적 측면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 구형 흡착제 제조장치의 덮개가 닫힌 상태를 나타낸 것이다.
도면을 참고하면, 본 발명의 일 예에 따른 구형 흡착제 제조장치(100)는 베이스 프레임(10), 드럼(20), 교반기(30) 및 구체성형유닛(40)을 구비한다.
베이스 프레임(10)는 지면에 지지되는 받침부(11), 받침부(11)로부터 수직하게 연장되는 수직프레임(12)과, 수직프레임(12)로부터 일정 각도 경사지게 연장 형성되는 경사프레임(13)을 구비한다. 베이스 프레임은 전체적으로 스틸 소재로 이루어지며, 후술하는 구성요소들이 설치된다.
드럼(20)은 분말 상태의 흡착제 재료들을 구 형상으로 성형하기 위한 것으로서 수직방향에 대하여 일정 각도 경사진 상태로 배치되며, 베이스 프레임(10)에 대하여 틸팅가능하다. 보다 구체적으로, 드럼(20)은 장착판(21)위에 설치되는데, 이 장착판(21)의 일측은 받침부(11)에 마련된 지지대(22)에 회동가능하게 결합된다. 장착판(21)의 타측은 실린더(23)을 매개로 수직프레임(12)에 회동가능하게 결합된다. 본 예에서 실린더(23)는 유압으로 작동되며, 실린더의 피스톤이 이동함에 따라 장착판(21)은 베이스 프레임(10)에 대하여 회동되어 틸팅된다.
드럼(20)에서 흡착제를 구형으로 성형할 때에는 도 2에 도시된 바와 같이 수직방향에 대하여 일정 각도(
Figure 112021054714895-pat00001
)로 경사진 상태에서 공정을 진행한다. 이 각도는 베이스 프레임(10)의 경사프레임(13)의 각도(
Figure 112021054714895-pat00002
)와 동일하다. 그리고 성형이 완료되면 드럼(20)을 일측으로 더욱 기울여서 성형완료된 흡착제를 외부로 배출시킬 수 있다.
본 예에서 드럼(20)은 대략 원통형으로 내부에 흡착제 재료들을 수용하여 성형하는 성형공간부가 형성된다. 그리고 성형공간부를 개방 및 폐쇄하기 위한 덮개(21)를 구비한다. 덮개에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
드럼(20)은 장착판(21) 위에서 횡방향으로 회전가능하다. 장착판 위에 설치된 구동수단, 예컨대 본 예에서는 유압모터(25)에 의하여 드럼(20)이 회전된다. 도시하지는 않았지만, 본 예에서 장착판(21)의 내부 또는 하측에는 벨트-풀리 또는 체인-스프로켓과 같은 동력전달수단이 구비되어, 유압모터(25)의 회전력을 드럼(20)에 전달할 수 있다. 본 예에서 드럼은 최대 100rpm으로 회전할 수 있다. 뒤에서 설명하겠지만, 드럼의 회전속도가 빠르면 구형 흡착제의 반경이 작아지며, 회전속도가 느리면 반경이 커지게 된다. 즉 드럼(20)의 회전속도를 조절함으로써 흡착제의 크기를 조절할 수 있다.
드럼(20)의 성형공간부를 개방 및 폐쇄하는 덮개(24)는 드럼의 경사방향(
Figure 112021054714895-pat00003
)을 따라 상하로 승강가능하게 설치된다. 덮개(24)가 상승시 성형공간부를 개방하며, 하강시 폐쇄하는 구조이다. 다만 덮개(24)는 드럼(20)이 회전할 때 함께 회전하지 않는다는 점에서 드럼(20)에 결합되지는 않는다. 보다 구체적으로 설명하면, 베이스 프레임(10)의 상측에는 상부프레임(17)이 배치된다. 상부프레임(17)도 드럼의 경사각도와 동일한 각도로 기울어져 있다. 상부프레임(17)은 경사프레임(13)에 설치된 승강축(18)에 고정 및 지지된다. 승강축(18)은 구동수단, 예컨대 받침부(11)에 설치된 유압모터(19)에 의하여 경사프레임(13)을 따라 상하방향으로 이동가능하므로, 승강축(18)의 이동에 따라 덮개(24)가 드럼(20)을 개방하거나 폐쇄한다. 또한 덮개(24)의 상부에는 흡착제 재료를 투입할 수 있는 투입구(미도시)가 형성된다. 투입구는 개방 및 폐쇄될 수 있으며, 투명한 소재로 이루어져 사용자가 드럼 내부의 성형공간부를 육안으로 확인할 수 있다.
도 5은 도 3에 도시된 드럼에 설치되는 구체성형유닛과 교반기의 개략적 사시도이고, 도 7은 교반기의 교반부의 단면을 나타낸 것으로서 도 5의 c-c선 개략적 단면도이다.
도면을 참고하면, 교반기(30)는 성형공간부에 수용된 흡착제 재료들을 고르게 섞어 주기 위한 것이다. 교반기(30)는 덮개(24)의 하부에 결합되는 고정축(31)과, 고정축(31)으로부터 돌출되게 형성되는 교반부(32)를 구비한다. 고정축(31)은 덮개(24)의 중심에서 일측으로 벗어나서 편심되게 배치되며, 교반부(32)는 드럼(20)의 성형공간부 바닥면으로부터 약간 이격된 상태로 배치된다. 또한 교반부(32)는 위에서 보면(드럼의 경사방향의 상측에서 보면) 호형으로 배치되어, 후술할 구체성형유닛의 블레이드와 서로 겹치게 된다. 교반기(30) 자체는 덮개(24)에 고정설치되어 회전하지는 않지만, 드럼(20)이 회전할 때 재료들이 교반부(32)에 걸리면서 고르게 섞어진다. 도 7에 도시된 종단면도(도 5의 c-c선 단면)와 같이 교반부(32)의 상면(33)은 경사지게 배치된다. 따라서 드럼(20)과 함께 회전하는 흡착제 재료들은 교반부(32)의 경사진 상면(33)을 타고 부드럽게 넘어가게 되므로 재료들이 분쇄되지는 않고 원활하게 교반만 이루어질 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참고하여 구체성형유닛(40)을 설명한다. 도 6은 구체성형유닛의 블레이드의 단면을 나타낸 것으로서 (a) 및 (b)는 각각 도 5의 a-a선 및 b-b선 개략적 단면이다.
구체성형유닛(40)은 분말 상태의 흡착제 재료들을 구형으로 성형하기 위한 것으로서, 회전축(41)과 제1블레이드(42) 및 제2블레이드(43)를 구비한다. 회전축(41)은 상부프레임(17)에 회전가능하게 지지되며, 드럼(20)의 회전방향과 반대방향으로 회전된다. 또한 구체성형유닛의 회전축(41)은 드럼(20)의 경사방향을 따라 길게 형성되어 덮개(24)를 관통하여 설치된다. 회전축(41)은 드럼의 중심부로부터 일측으로 이격되어 편심되게 배치되는데, 구체적으로 설명하면 드럼(20)의 중심을 사이에 두고 교반기(30)의 고정축(31)과 반대편에 배치된다.
제1블레이드(42)와 제2블레이드(43)는 모두 회전축(41)으로부터 수직하게 돌출배치되는 것은 동일하되, 배치방향이 90도 각도로 차이가 나며, 회전축(41)의 높이방향을 따라 서로 교대로 배치된다.
중요한 점은 제1블레이드와 제2블레이드의 형상이다.
제1블레이드(42)는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 하면은 평면형이고 상면은 폭 방향을 따라 일측에서 타측으로 갈수록 하방으로 휘어지는 곡면형으로 이루어진다. 제2블레이드(43)는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 상면은 평면형이고, 하면은 폭 방향을 따라 일측에서 타측으로 갈수록 상방으로 휘어진 곡면형으로 이루어진다. 전체적으로 보면, 제1,2블레이드(42,43)의 폭방향 일측(f, 회전되는 경로에서 전단)으로부터 타측(b, 회전되는 경로에서 후단)으로 갈수록 두께가 점차 두꺼워진다. 다만 제1블레이드는 상면이 곡면 형태로 이루어지고, 제2블레이드는 하면이 곡면 형태로 이루어진 점에서만 차이가 있다. 드럼(20)과 구체성형유닛(40)이 서로 반대방향으로 회전하면, 흡착제 재료들은 제1,2블레이드(42,43)의 상면과 하면 위에서 구름접촉된다.
상기한 구성의 구체성형유닛(40)을 회전시키기 위한 구동수단으로서 본 예에서는 유압모터(45)를 구비한다. 즉 상부프레임(17)에 유압모터(45)가 설치되며, 벨트-풀리 또는 체인-스프로켓과 같은 동력전달수단(미도시)이 유압모터(45)에 연결되어, 유압모터(45)의 회전력을 구체성형유닛(40)의 회전축(41)에 전달할 수 있다. 본 예에서 구체성형유닛(40)의 회전축(41)은 최대 530rpm으로 회전할 수 있다. 드럼과 마찬가지로 구체성형유닛(40)의 회전속도가 빠르면 구형 흡착제의 반경이 작아지며, 회전속도가 느리면 반경이 커지게 된다. 즉 드럼(20)의 회전속도를 조절함으로써 흡착제의 크기를 조절할 수 있다.
상기한 구성으로 이루어진 제조장치에서 분말 상태의 재료들이 구형으로 성형되는 작용에 대하여 간략히 설명한다. 먼저, 드럼(20)은 수평하게 배치되는 것이 아니라 일정 각도 경사지게 배치되며, 경사진 상태에서 회전하게 된다. 즉 회전면이 수직면에 대해서 경사진 면이다. 드럼(20)이 회전되면 흡착제 재료들은 드럼(20)의 내주면과 지속적으로 구름접촉된다. 도 8은 흡착제 재료가 드럼의 내주면과 구름 접촉되면서 구형으로 성형되는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 흡착제 재료(m)들은 수직하방(g)으로 중력의 영향을 받고 있는 상태에서, 드럼이 회전하면 드럼의 내주면과 구름접촉되면서 드럼(20)의 회전방향(w)과 반대방향(z)으로 회전하면서 원형으로 성형된다. 드럼이 기울어져 있지 않고 수평한 상태로 회전하는 경우에는 드럼이 회전하면 흡착제 재료들도 드럼과 함께 회전하기 때문에 드럼의 바닥면과 흡착제 재료가 구름접촉되지 않는다. 본 예에서와 같이 드럼이 경사지게 배치되어 있고, 흡착제 재료들이 하방으로 중력을 받는 상태에서 드럼이 회전해야지만 흡착제 재료들이 드럼의 내주면 또는 바닥면과 구름접촉되면서 구체로 성형될 수 있다. 즉 드럼(20)의 내주면 또는 바닥면과 흡착제 재료가 구름접촉되면서 상대회전해야지 흡착제가 원형으로 형성될 수 있다. 드럼이 수평하게 형성되는 경우에는 드럼으 회전속도가 매우 빨라야 재료와 드럼이 상대회전될 수 있지만, 본 예에서와 같이 드럼을 경사지게 배치하는 경우 상대회전 및 구름접촉이 최대화되어 구체 성형이 유리하게 된다.
한편, 드럼의 내주면 또는 바닥면과 흡착제 재료 사이의 구름접촉과 더불어, 본 예에서는 제1,2블레이드의 상면 또는 하면과 흡착제 재료들이 구름접촉됨으로써 구체 성형이 완성된다. 앞에서 설명한 원리와 마찬가지로, 흡착제 재료들이 회전하고 있는 제1,2블레이드의 곡면(상면,하면)을 따라 구름접촉된다. 본 발명에서 블레이드의 상면 또는 하면을 곡면으로 만들어 놓은 이유도 이 때문이다. 즉 블레이드의 일측은 얇고 타측은 두꺼원 지므로 블레이드의 곡면(상면 또는 하면) 위에 얹어진 재료들은 블레이드의 회전에 따라 블레이드의 곡면과 계속적으로 구름접촉 된다. 반면 블레이드의 상면과 하면이 모두 평면으로 되어 있다면 흡착제 재료들과 블레이드 사이의 구름접촉 양은 매우 줄어들 수 밖에 없다.
또한, 본 발명에서 흡착제 재료가 드럼 및 블레이드와 구름접촉되는 방향은 서로 직교하기 때문에 완전한 구 형태로의 성형이 유리하다. 흡착제 재료(m)를 하나의 구체로 볼 때, 도 9와 같이, 흡착제 재료가 드럼과 구름접촉되는 방향은 z이고, 블레이드와 구름접촉되는 방향은 y이기 때문에 완전한 구체로 성형될 수 있다.
즉, 본 발명에서는 원통형의 드럼을 경사지게 배치하고, 블레이드를 곡면 형태로 만들어서 회전시킴으로써, 흡착제 재료들은 드럼의 내주면 및 블레이드와 구름접촉 되면서 구체로 성형될 수 있다. 회전속도가 빠르면 구체의 직경은 작아지고, 회전속도가 느리면 구체는 커지게 된다. 완성된 흡착제의 용도에 따라 사이즈를 조절하면 된다.
상기한 장치를 이용하여 구형 흡착제를 제조하는 방법을 간략하게 설명한다. 먼저 드럼을 경사지게 배치하여 장치를 준비한다. 드럼의 덮개를 상승시켜 일 실시예의 황화수소 제거용 흡착제를 제조하기 위한 레드머드, 물, 및 바인더를 투입한다. 재료를 투입한 후에는 드럼과 구체성형유닛을 상호 반대방향으로 회전시키면서 흡착제를 구형으로 코어를 성형한다. 드럼과 구체성형유닛의 회전 속도는 흡착제의 용도에 따라설정된 입경에 따라 정해진다. 코어를 형성하고 굳힌 후에는 드럼의 덮개를 다시 상승시켜 광산배수 슬러지, 물, 및 바인더를 투입한다. 재료를 투입한 후에는 드럼과 구체성형유닛을 다시 상호 반대방향으로 회전시키면서 코어의 외측에 쉘을 형성한다. 코어-쉘 구조의 구체 성형이 완료되면 드럼을 하방으로 틸팅시켜 흡착제를 모두 배출시킨다.
일괄 제조 또는 연속 제조를 통해 드럼 외부로 배출된 흡착제에 대해서는 선별 작업을 수행한다. 즉 구형 흡착제를 선별해 낸다. 기준 입도 범위의 상한과 하한에 맞게 2개의 스크린을 준비하여 입도 선별을 수행하여, 기준 입도 범위 내의 구형 흡착제만을 먼저 분리한다. 기준 입도보다 큰 입자들은 분쇄하여 과립 형태로 만든다. 또한 기준 입도보다 작은 입자들과 분쇄된 입자들을 상호 혼합하여 과립 형태의 흡착제로 제조한다.
이렇게 본 발명에서는 구형 흡착제와 과립형 흡착제의 2종류로 흡착제를 성형할 수 있다. 본 발명은 흡착제를 구형으로 제조하기 위한 것이지만, 흡착제의 용도에 따라 과립상이 필요한 경우도 있는 바, 위에서 설명한 바와 같이, 구형과 과립상을 함께 제조할 수 있도록 하였다. 다만, 과립상의 제조가 필요 없는 경우라면, 기준 입도 범위 이하이거나 이상인 입자들은 다시 드럼에 투입하여 추가적으로 구체로 성형할 수 있다.
상기한 바와 같이 흡착제를 구형으로 성형하면 동일한 부피의 다른 형태에 비하여 비표면적이 매우 넓어지기 때문에 제조된 흡착제가 황화수소에 대한 흡착량과 흡착속도가 향상된다는 이점이 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한번 첨언한다.

Claims (3)

  1. 황화수소를 제거하기 위한 황화수소 제거용 흡착제로서:
    레드 머드와 광산배수 슬러지를 함께 포함하고,
    상기 레드 머드는 Fe3O4를 포함하는 것을 특징으로 하는 황화수소 제거용 흡착제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레드 머드와 상기 광산배수 슬러지의 함량비는 1 : 0.3 ~ 0.63 인 것을 특징으로 하는 황화수소 제거용 흡착제.
  3. 황화수소를 제거하기 위한 황화수소 제거용 흡착제로서:
    산화철을 포함하는 레드 머드를 코어로 형성하고, 수산화철을 포함하는
    광산배수 슬러지를 상기 코어의 외측을 감싸는 쉘로 형성하는 것을 특징으로 하는 황화수소 제거용 흡착제.

KR1020210061118A 2021-05-12 2021-05-12 광산배수 슬러지 및 레드 머드를 이용한 황화수소 제거용 흡착제 KR102550304B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210061118A KR102550304B1 (ko) 2021-05-12 2021-05-12 광산배수 슬러지 및 레드 머드를 이용한 황화수소 제거용 흡착제

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210061118A KR102550304B1 (ko) 2021-05-12 2021-05-12 광산배수 슬러지 및 레드 머드를 이용한 황화수소 제거용 흡착제

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220153759A KR20220153759A (ko) 2022-11-21
KR102550304B1 true KR102550304B1 (ko) 2023-06-30

Family

ID=84233584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210061118A KR102550304B1 (ko) 2021-05-12 2021-05-12 광산배수 슬러지 및 레드 머드를 이용한 황화수소 제거용 흡착제

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102550304B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1562446A (zh) 2004-04-15 2005-01-12 史汉祥 一种“红泥”二氧化硫吸收剂
KR101258092B1 (ko) * 2012-11-23 2013-04-25 태성건설 주식회사 황화합물 악취제거제 제조방법 및 이를 이용한 악취제거제
KR101715031B1 (ko) 2015-12-29 2017-03-14 신성대학 산학협력단 제올라이트 제조 부산물을 이용한 흡착 성형체 및 이의 제조 방법
WO2017082842A1 (en) 2015-11-09 2017-05-18 Turkiye Petrol Rafinerileri Anonim Sirketi Tupras Adsorbent material for adsorbing sulfur compounds and a production method thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190023459A (ko) * 2017-08-29 2019-03-08 주식회사 이앤켐솔루션 산성광산배수를 이용한 황화합물 제거용 흡착제의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1562446A (zh) 2004-04-15 2005-01-12 史汉祥 一种“红泥”二氧化硫吸收剂
KR101258092B1 (ko) * 2012-11-23 2013-04-25 태성건설 주식회사 황화합물 악취제거제 제조방법 및 이를 이용한 악취제거제
WO2017082842A1 (en) 2015-11-09 2017-05-18 Turkiye Petrol Rafinerileri Anonim Sirketi Tupras Adsorbent material for adsorbing sulfur compounds and a production method thereof
KR101715031B1 (ko) 2015-12-29 2017-03-14 신성대학 산학협력단 제올라이트 제조 부산물을 이용한 흡착 성형체 및 이의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220153759A (ko) 2022-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. High-efficiency adsorption of Cr (VI) and RhB by hierarchical porous carbon prepared from coal gangue
CN1110931A (zh) 可流化的硫吸收剂和流化吸收方法
CN102745879A (zh) 一种用于烟气脱硫脱汞的污泥基吸附剂及其制备方法
Ma et al. Development of Mn/Mg-copromoted carbide slag for efficient CO2 capture under realistic calcium looping conditions
Ji et al. Nitrogen and phosphorus adsorption behavior of ceramsite material made from coal ash and metallic iron
CN113457617A (zh) 一种改性凹凸棒石负载硫化纳米零价铁重金属吸附剂的制备方法及其产品和应用
Su et al. Enhancing the adsorption function of biochar by mechanochemical graphitization for organic pollutant removal
CN114259984A (zh) 碱改性生物炭负载零价铁复合材料及其制备方法和应用
KR102550304B1 (ko) 광산배수 슬러지 및 레드 머드를 이용한 황화수소 제거용 흡착제
JP2010222163A (ja) 高機能造粒炭及びその製造方法
Liu et al. A new approach to CO2 capture and sequestration: A novel carbon capture artificial aggregates made from biochar and municipal waste incineration bottom ash
Xu et al. Synthesis of ordered mesoporous silica from biomass ash and its application in CO2 adsorption
Qin et al. Characteristics and mechanism of adsorption of tartaric acid by carbide slag ascertained and applied to prepare a binder
CN111514748A (zh) 一种用于移动床工艺的宽温烟气干法脱硫剂及其制备方法
Wei et al. Preparation of tungsten slag-bentonite particle adsorbent and its adsorption performance for lead ion from wastewater
Gao et al. Highly cyclic stability and absorbent activity of carbide slag doped with MgO and ZnO for thermochemical energy storage
CN111117716B (zh) 一种污泥废菌棒衍生固体燃料及其制备方法
CN109694068B (zh) 一种载溴活性炭生产方法
CN102085476A (zh) 一种成型煤基so2和no吸附催化剂及其制备方法
CN112237902A (zh) 表面类沸石型吸附剂及其制备方法与应用
CN1463247A (zh) 活性炭及其制造方法
KR102362474B1 (ko) 활성탄의 제조장치 및 제조방법
JP2009057239A (ja) 活性炭の製法
KR102362171B1 (ko) 구형 흡착제 제조장치
Feng et al. Effect of preparation method of active component on the cycling performance of sorbents for hot coal gas clean‐up

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant