KR102653377B1 - 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법 및 그 장치 - Google Patents
유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법 및 그 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 본 발명은 함침 단계 및 건조 단계가 같은 반응조 내에서의 뱃치(batch) 시스템으로 수행됨과 아울러, 반응조의 온도 제어가 상기 반응조 주위를 에워싸는 히팅용 오일 자켓에 의해 이루어지고 균일하게 교반되며, 본 발명에 따른 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법 및 그 장치에 따르면, 다양한 형태의 카트리지 필터에 적용되는 화학흡착제를 화학 폐수의 발생 없이 환경친화적으로 제조할 수가 있으며, 흡착제에 화학약품을 첨착시킴에 있어 함침 및 건조 단계를 공정 간 이송 없이 공간활용성 높게 하나의 장치 중에서 효율적이고도 효과적으로 수행할 수가 있고, 흡착제를 화학약품 수용액 중에 완전히 침적한 후 건조시킴으로써 첨착 제어가 용이하고 간단하며 화학약품의 잉여 사용량을 최소화함으로써 작업자에 대한 유해인자 노출을 감소시켜 안전 보건환경 조성에 기여할 수 있다.
Description
본 발명은 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법 및 그 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 연구실이나 실험실 또는 산업현장에서 발생하는 유해 화학 가스를 안전하고도 효과적으로 처리하기 위한 다양한 형태의 카트리지 필터에 적용되는 화학흡착제의 효과적이고 효율적이며, 특히 화학 폐수의 발생이 없어 환경친화적인 제조방법 및 이를 효과적으로 적용할 수 있는 제조장치에 관한 것이다.
종래, 활성탄이나 알루미나, 또는 제올라이트 등의 담체에 화학약품을 함침t시켜 화학흡착제를 제조하는 기술은 널리 알려져 있으나, 대부분의 상용화된 함침법을 통한 화학흡착제 제조기술은 화학 폐수를 발생시켜 2차 환경오염원을 만들게 된다는 문제를 가지고 있다.
발생된 화학 폐수는 관련법규에 따라 지정된 처리방법에 따라 처리하여야만 하며 이 과정에서 추가적인 화학약품의 사용과 그에 따른 비용이 발생한다. 또한, 화학 폐수의 집수 및 보관, 이동이나 운송 과정에서의 누출로 인한 2차 사고의 발생 우려도 있다.
이러한 화학물질 누출사고 발생 시 환경을 오염시킴은 물론, 국민의 재산과 인명 피해를 야기하게 되므로 화학흡착제의 일련의 제조에 있어 환경오염원을 최소화할 수 있는 방법 및 장치의 개발이 당업계에 요구되어 왔다.
근래들어, 산업안전보건법, 대기환경보전법, 수질환경보전법 등 환경과 관련된 법규가 강화되고, 연구실안전환경 조성에 관한 법률의 제정과 중대재해처벌법의 시행 등 일반 산업현장은 물론 실험실에서의 유해가스 정화에 대한 수요가 급증하는 추세에 있다. 이러한 유해가스 정화에 대한 수요의 증가에 따라 기존 흡착제의 사용은 물론, 고성능이면서 경제적인 유해가스 제거용 화학흡착제에 대한 요구도 증가하고 있다.
일반적으로, 첨착활성탄의 제조방법은 특정한 화학약품을 물에 용해시킨 수용액을 활성탄에 첨착 코팅하는 방법에 따라, 활성탄에 화학약품 수용액을 분사하여 화학약품을 첨착한 후 유동하면서 건조하는 분사법, 화학약품 수용액에 활성탄을 완전히 침적, 함침하여 건조하는 함침법, 그리고, 화학약품을 가열된 공기로 증기화하여 활성탄에 첨착하여 건조하는 증기법 등으로 분류할 수 있으며, 주로 분사법과 함침법이 널리 이용되고 있다.
분사법은 주로 유동층 건조기를 이용하며, 상기 유동층 건조기는 활성탄 주입구를 통해 활성탄 저장통에 저장된 활성탄을 주입하여 유동층 건조기의 내부에 있는 분산판 상부에 활성탄을 일정량 충전한 후 유동층 건조기 상부에 있는 화학약품 수용액 분사구를 통해 화학약품 수용액 저장통에 저장된 수용액을 활성탄에 분사시켜서 일정시간 첨착 공정을 수행한다. 소정의 첨착 시간이 경과한 후 유동층 건조기의 하부로부터 열풍기에 의해 가열된 열풍을 공급하여 분사판 상부에 첨착되어 젖어있는 활성탄을 건조하며, 건조 과정에서 압축공기를 집어넣어 편류를 방지한다.
그러나, 이 방법은 유동층 건조기의 내부에 있는 분산판 상부에 일정 높이로 쌓여 있는 활성탄에 유동층 건조기의 상부로부터 수용액을 분사시키기 때문에 윗부분에 있는 활성탄은 충분한 양의 화학약품 수용액을 포함하지만 아랫부분에 있는 활성탄은 그렇지 못할 우려가 있으며, 따라서 충전되어 있는 활성탄에 화학약품 수용액을 균일하게 포함시키기 위해서는 적정량의 수용액을 분사해야 되는데, 활성탄의 밀도, 수분함량, 기온, 습도 등에 따라 사용하여야 하는 화학약품 수용액의 양이 달라질 수밖에 없기 때문에 그 제어가 매우 어렵다는 문제점이 있다.
즉, 사용하는 화학약품 수용액의 양이 적을 때는 활성탄에 골고루 첨착되지 않을 우려가 있고, 반대로 그 사용량이 많을 때는 분산판에 다수 형성된 구멍을 통하여 화학약품 수용액이 흘러내리게 되어 화학 폐수로 인한 처리 문제를 야기하게 된다는 문제점이 있다.
한편, 함침법은 활성탄을 화학약품 수용액 중에 침적하여 함침시킨 후 일정 시간 방치하여 화학약품이 활성탄에 첨착되도록 한 다음, 별도의 건조 장치로 이동시켜 건조한다. 이 방법은 함침공정과 건조공정이 분리되어 있어 공정 효율성이 낮다는 단점이 있으며, 특히 함침공정 종료 후 배수, 탈수 과정에서 다량의 화학 폐수가 발생한다는 심각한 문제점이 있다. 또한, 함침공정 후 반응조 하부로부터 열풍을 공급하거나, 또는 이송하여 오븐 건조나 또는 유동층 건조를 실시하는 별도의 건조공정을 거쳐야 한다.
결과적으로 상기 분사법과 함침법은 모두 화학 폐수가 발생하게 되어 환경친화성 및 작업자 안전성 측면에서 충분히 만족스럽지 못하며, 화학 폐수의 처리에 비용과 시간이 소요될 수밖에 없다는 공통적인 문제점을 가지고 있다.
특히, 유해가스 제거를 위한 화학흡착제를 공업적으로 대량으로 제조할 경우에는 대부분 함침법을 사용하고 있으나, 함침법은 불가피하게 과량의 화학약품이 포함된 다량의 화학 폐수를 발생시키며, 이로 인해 화학 폐수를 운반 처리하는 과정이 필요하고 그 과정에서 환경 안전사고의 우려가 있음은 물론, 추가적인 비용 및 노력이 소모된다는 문제점이 있다.
또한, 가열 공기를 이용하여 화학약품을 증기화하여 활성탄에 첨착시키는 증기법은, 과포화 스팀 발생 장치를 필요로 하며, 증기화되는 화학약품량의 제어가 쉽지 않아 장치의 구성이 매우 복잡해지고, 스팀의 단시간 대량 발생으로 인한 화학약품의 대기 유출이 일어날 우려가 있다는 문제점이 있다.
화학흡착제를 제조하기 위한 종래의 전형적인 공지기술로서는 하기하는 것들을 들 수 있다.
등록특허 제10-0993807호(2010.11.05. 등록)는 종래의 분사법과 함침법의 문제점을 동시에 함께 해결하기 위하여 원통형 회전체 반응조에서 함침과 건조가 동시에 이루어질 수 있도록 구성된 소용량의 간단한 첨착활성탄 제조장치를 개시하고 있으며, 이는 함침액의 공급은 회전축 방향으로 배치되는 하나의 분사관을 이용하여 첨착액을 분사하고, 히팅장치로 가열한 열풍을 몸체 내로 인입시키는 인입관과 배출하는 유출관을 두어 건조 시 과열을 방지하도록 하고 있다.
그러나 상기 종래기술은 본질적으로 열풍 건조에 의한 것이어서 열풍 생성을 위한 에너지 비용이 많이 소요되며, 분사관을 통한 첨착액의 충분한 함침량을 제어 하기 곤란하고, 산업적 규모의 대용량화가 쉽지 않다는 문제점이 있다.
또한, 등록특허 제10-2413214호(2022.06.21. 등록)는 활성탄을 담체로 하여 인산 유래 화합물을 첨착한 유해가스 제거용 화학흡착제, 제조방법 및 이를 포함한 필터를 개시하고 있으나, 이는 첨착물의 종류가 특정되어 있을 뿐 종래의 함침법과 본질적으로 동일하므로 화학 폐수의 발생이 불가피하다는 문제점이 있다.
또한, 등록특허 제10-0374691호(2003.02.20. 등록)는 수산화나트륨과 디에탄올아민이 일정 비율로 혼합된 용액에 활성탄을 동시 첨착시키는 황화수소 가스를 제거하기 위한 화학흡착제 제조방법에 관한 것이나, 첨착과정에서 두가지 물질을 동시에 첨착시킨다는 점을 제외하고는 종래의 함침법과 본질적으로 동일하므로 마찬가지로 화학 폐수가 발생한다는 문제점이 있다.
또한, 공개특허 제10-2022-0146938호(2022.11.02. 공개)는 금속전구체 용액과 활성탄을 혼합하여 함침하고 건조과정에 있어 진공처리 및 건조 후 소성단계까지 포함하는 제조방법을 제시하고 있으나, 소성단계를 포함한다는 점에서 본 발명과는 관계가 없다.
한편, 등록특허 제10-2472749호(2022.11.28. 등록)는 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법을 개시하고 있고, 액상원료와 분말원료를 혼합 후 압출성형기로 화학흡착제를 제형화하는 기술로 본 발명에서 제안하는 화학흡착제와는 전혀 무관하다.
따라서, 본 발명의 첫 번째 목적은 연구실이나 실험실 또는 산업현장에서 발생하는 유해 화학가스를 안전하고도 효과적으로 처리하기 위한 다양한 형태의 카트리지 필터에 적용되는 화학흡착제를 화학 폐수의 발생 없이 환경친화적으로 제조할 수 있는, 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 흡착제에 화학약품 수용액을 함침하여 첨착시킴에 있어 함침 및 건조 단계를 하나의 장치 중에서 이송이 불필요한 뱃치(batch) 시스템에 의해 효율적이고도 효과적으로 수행할 수 있는 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 세 번째 목적은 흡착제를 화학약품 수용액 중에 완전히 침적한 후 건조시킴으로써 첨착 제어가 용이하고 간단하며 화학약품의 잉여 사용량을 최소화하여 작업자에 대한 유해인자 노출을 감소시켜 안전 보건환경 조성에 이바지할 수 있는 될 수 있는 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 네 번째 목적은 전술한 제반 목적에 따른 제조방법을 원활히 효율적으로 수행할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기한 본 발명의 첫 번째 내지 세 번째 목적은, 흡착제로서의 담체 100중량부에 대하여, 유해가스의 중화 또는 산화환원 반응용 화학약품 5~20중량부와 정제수 120~150중량부의 혼합물인 화학약품 수용액을 준비하는 단계와, 상기 담체를 화학약품 수용액 중에 침적하되, 반응조 온도를 60~95℃로 유지하면서 1~5hr, 50~100rpm으로 교반하는 함침 단계와, 반응조 온도를 105~130℃로 유지하면서 4~10hr, 100~300rpm으로 교반하여 화학약품이 첨착된 화학흡착제의 함수율이 5~25%가 될 때까지 수분을 증발 제거하는 건조 단계를 포함하는 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법에 의해 원활히 달성될 수 있다.
본 발명의 상기한 네 번째 목적은, 외부에 히팅용 오일 자켓이 형성된 반응조와, 상기 반응조 내에 위치하며 다수의 에어 노즐이 소정 간격으로 형성되어 있는 교반축의 하단부에 설치되는 임펠러와, 상기 교반축에 연결되는 모터 및 에어컴프레서를 포함하는 전술한 제조방법을 수행하기 위한 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조장치에 의해 원활히 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법 및 그 장치에 따르면, 다양한 형태의 카트리지 필터에 적용되는 화학흡착제를 화학 폐수의 발생 없이 환경친화적으로 제조할 수가 있으며, 흡착제에 화학약품을 첨착시킴에 있어 함침 및 건조 단계를 공정 간 이송 없이 공간활용성 높게 하나의 장치 중에서 효율적이고도 효과적으로 수행할 수가 있고, 흡착제를 화학약품 수용액 중에 완전히 침적한 후 건조시킴으로써 첨착 제어가 용이하고 간단하며 화학약품의 잉여 사용량을 최소화함으로써 작업자에 대한 유해인자 노출을 감소시켜 안전 보건환경 조성에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 개략 단면도이다.
도 3은 도 2의 장치에서 반응조 부분에 대한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 화학흡착제의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 개략 단면도이다.
도 3은 도 2의 장치에서 반응조 부분에 대한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 화학흡착제의 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.
하기의 설명은 본 발명의 구체적인 예시를 들어 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 기술적 사상이 하기의 설명에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제조방법에 따른 유해가스 제거용 화학흡착제는 산성 또는 염기성 유무기 화학물질, 또는 이들의 임의의 혼합 화학물질로부터 발생할 수 있는 유해가스를 물리적 흡착 및, 중화 반응이나 산화환원 반응과 같은 화학반응에 의해 제거 가능한 범용 화학흡착제이다.
본 발명에 따른 화학흡착제의 담체로는 석탄계, 야자계, 목질계(피치계) 및 고분자수지 물질을 탄화활성화하여 얻은 유기물 담체와, 알루미나, 제올라이트 등 무기 담체를 기반으로 하며, 이들의 혼합물일 수도 있다.
화학흡착제의 함침수용액 제조에 있어 화학약품의 선정은 중화반응이나, 산화환원반응을 통해 무해한 물질을 생성하는 것으로 한다. 예로 염산(HCl) 흄 제거용 화학흡착제 제조의 경우에는 염산과 반응하여 무해한 염을 생성하는 염기성 약품을 선정하며, 대표적으로는 수산화나트륨(NaOH), 또는 수산화칼슘(KOH)이다. 화학흡착 시 반응은 아래와 같다.
HCl + KOH → KCl + H2O
또한, 염기성 가스로 대표적인 암모니아(NH4) 흄 제거용 화학흡착제 제조의 경우에는 인산(H3PO4)이 대표적으로 가장 널리 사용되고 있으며, 화학흡착 시 반응은 아래와 같다.
3NH 4 OH + H 3 PO 4 → (NH4)33PO 4 + 3H2O
상기 함침 수용액은 흡착 담체 100중량부에 대하여, 정제수 120~150중량부와 화학약품(시약) 5~20중량부의 혼합물로 조성된다.
종래의 습식 함침법에 사용되는 화학약품 수용액은 흡착 담체 100중량부에 대하여 정제수 150~200중량부와 화학약품(시약) 10~50중량부의 혼합물로 조성된다.
본 발명의 제조방법은 종래기술 대비 적용되는 화학약품의 사용량이 적은 이유는, 종래기술에 따른 습식 함침법에서는 화학 폐수가 발생하며 이 화학 폐수에는 사용된 화학약품이 과량 포함되어 배출되는데 비해, 본 발명에서는 화학 폐수로 버려지는 화학약품이 없으므로 화학약품 사용량이 현격히 줄어들기 때문이다.
보다 상세하게는 종래 습식 함침법으로 화학흡착제를 제조하면, 투입된 함침 수용액의 40~60중량%는 화학 폐수로 나가게 되고, 60~40중량% 만이 흡착 담체에 함유되고 건조과정을 거치면서 담체에 함유된 수분은 증발하게 된다.
본 발명에 따른 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법은 도 1에 나타낸 바와 같이 하기의 단계를 포함한다.
(A) 준비 단계:
흡착제로서의 담체 100중량부에 대하여, 유해가스의 중화 또는 산화환원 반응용 화학약품 5~20중량부와 정제수 120~150중량부의 혼합물로 된 화학약품 수용액을 준비한다.
(B) 함침 단계:
반응조 온도를 60~95℃로 유지하면서 상기 담체를 화학약품 수용액 중에 침적하고, 1~5hr 동안 50~100rpm으로 교반한다.
(C) 건조 단계:
반응조 온도를 105~130℃로 유지하면서 4~10hr 동안 100~300rpm으로 교반하여 화학약품이 첨착된 화학흡착제의 함수율이 5~25%가 될 때까지 수분을 증발 제거한다.
여기서, 사용되는 흡착제로서의 담체는 도 4에 나타낸 바와 같이 직경 1~7mm이고, 길이 최대 7mm인 펠릿, 플레이크, 그래뉼, 또는 구체 형태일 수 있으며, 상기 담체는 유기, 무기, 또는 유무기 혼합 담체일 수 있다.
구체적으로는, 도 4에서 d는 직경 2mm의 펠릿형 암모니아 제거용 화학흡착제(첨착활성탄)이고, e는 직경 3mm의 펠릿형 이산화황 제거용 화학흡착제(첨착활성탄)이며, f는 직경 4~6mm의 구체형 황화수소 제거용 화학흡착제(첨착알루미나)이다.
한편, 상기 건조 단계에서는 그 시작과 동시에, 또는 상기 건조 단계가 절반이 진행된 중간 진행 시점에서 에어컴프레서에 의한 압축 건조 공기를 다수의 에어 노즐이 형성된 교반축을 통하여 6~9kgf/cm2의 압력으로 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서는, 반응조의 온도 제어를 히팅용 오일 자켓에 의해 수행하며, 건조 단계는 반응조의 가온과 함께 압축 건조 공기의 주입에 의해 이루어진다.
주입된 압축 공기는 임펠러의 회전에 의해 화학약품 수용액에 함침된 흡착 담체와 충분히 접촉한 후 상방으로 배출되며 일부 화학약품과 다량의 수분을 포함하는 배출 공기는 적절한 공지의 필터 수단에 의해 정화된 후 최종적으로 대기중으로 방출된다.
본 발명에 따른 제조방법은 상기 함침 단계 및 건조 단계가 같은 반응조 내에서의 뱃치(batch) 시스템으로 수행되므로 높은 공간활용성을 지닌다.
한편, 상기한 본 발명에 따른 제조방법을 원활히 수행하기 위한 본 발명에 따른 장치(1)는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 외부에 히팅용 오일 자켓(105)이 형성된 반응조(100)와, 상기 반응조(100) 내에 위치하며, 다수의 에어 노즐(108)이 소정 간격으로 형성되어 있는 교반축(101)의 하단부에 설치되는 임펠러(103)와, 상기 교반축(101)에 연결되는 모터(102) 및 에어컴프레서(200)를 포함한다.
본 발명에 따른 장치(1)는 화학흡착제의 제조 완료 시 이를 불출하기 위하여 반응조(100)가 정방향 90도 회전 기울임이 가능하도록 회전축을 가지는 회전수단(106)이 설치된다.
상기 교반축(101)에 형성된 다수의 에어 노즐(108) 사이의 상하 간격은 50~150mm(도 3에서의 a)이고, 교반축(101) 중심으로부터 반응조(100) 내주면까지의 거리는 450~650mm(도 3에서의 b)이며, 최하부 노즐(108)과 반응조(100) 바닥면까지 거리는 최대 300mm(도 3에서의 c)이다.
또한, 상기 에어 노즐(108)은 교반축(101)의 동일 높이에 십자상, 방사상, 삼각 분기상 등으로 복수개 형성될 수 있다.
도면 중 미설명 부호 104는 제어반이고, 107은 이동식 바퀴이다.
실시예 1 : 암모니아 가스 제거용 화학흡착제의 제조
화학흡착제의 담체로 직경 3mm의 펠릿형 활성탄을 사용하였으며, 활성탄 100중량부에 대하여, 정제수 150중량부 및 화학약품(시약)으로서의 인산(순도 85%-식품첨가용) 10중량부의 혼합물로 된 화학약품 수용액을 준비하였다.
반응온도 60℃, 교반속도 50rpm의 조건으로 4시간 동안 함침시킨 후, 건조온도 105℃, 교반속도 300rpm의 조건으로 8시간 동안 건조시키되, 4시간 건조 후에는 에어노즐 일체형 교반축을 통하여 7kgf/cm2의 압력으로 건조 공기를 공급하였다.
상기와 같이 하여 제조된 암모니아 가스 제거용 화학흡착제는 수분함량 15%가 되도록 건조하여 제조하였다.
실시예 2 : 암모니아 가스 제거용 화학흡착제의 제조
화학흡착제의 담체로 직경 3mm의 펠릿형 활성탄을 사용하였으며, 활성탄 100중량부에 대하여, 정제수 150중량부 및 화학약품(시약)으로서의 인산(순도 85%-식품첨가용) 20중량부의 혼합물로 된 화학약품 수용액을 준비하였다.
반응온도 60℃, 교반속도 50rpm의 조건으로 4시간 동안 함침시킨 후, 건조온도 105℃, 교반속도 300rpm의 조건으로 8시간 동안 건조시키되, 4시간 건조 후에는 에어노즐 일체형 교반축을 통하여 7kgf/cm2의 압력으로 건조 공기를 공급하였다.
상기와 같이 하여 제조된 암모니아 가스 제거용 화학흡착제는 수분함량 15%가 되도록 건조하여 제조하였다.
실시예 3 : 이산화황 가스 제거용 화학흡착제의 제조
화학흡착제의 담체로 직경 3mm의 펠릿형 활성탄을 사용하였으며, 활성탄 100중량부에 대하여, 정제수 150중량부 및 화학약품(시약)으로서의 수산화칼륨(순도 95%) 10중량부의 혼합물로 된 화학약품 수용액을 준비하였다.
반응온도 90℃, 교반속도 50rpm의 조건으로 4시간 동안 함침시킨 후, 건조온도 105℃, 교반속도 300rpm의 조건으로 8시간 동안 건조시키되, 4시간 건조 후에는 에어노즐 일체형 교반축을 통하여 7kgf/cm2의 압력으로 건조 공기를 공급하였다.
상기와 같이 하여 제조된 이산화황 가스 제거용 화학흡착제는 수분함량 15%가 되도록 건조하여 제조하였다.
실시예 4 : 황화수소 가스 제거용 화학흡착제의 제조
화학흡착제의 담체로 입경 4~6mm의 구체형 활성알루미나를 사용하였으며, 활성탄 100중량부에 대하여, 정제수 120중량부 및 화학약품(시약)으로서의 과망간산칼륨(순도 99w/w%) 10중량부의 혼합물로 된 화학약품 수용액을 준비하였다.
반응온도 65℃, 교반속도 50rpm의 조건으로 2시간 동안 함침시킨 후, 건조온도 120℃, 교반속도 300rpm의 조건으로 6시간 동안 건조시키되, 2시간 건조 후에는 에어노즐 일체형 교반축을 통하여 7kgf/cm2의 압력으로 4시간 동안 건조 공기를 공급하였다.
상기와 같이 하여 제조된 황화수소 가스 제거용 화학흡착제는 수분함량 5%가 되도록 건조하여 제조하였다.
비교예 1 : 종래 함침법에 따른 암모니아 가스 제거용 화학흡착제의 제조
화학흡착제의 담체로 직경 3mm의 펠릿형 활성탄을 사용하였으며, 활성탄 100중량부에 대하여, 정제수 200중량부 및 화학약품(시약)으로서의 인산(순도 85%-식품첨가용) 40중량부의 혼합물로 된 화학약품 수용액을 준비하였다.
반응온도 25℃에서 4시간 동안 함침시킨 후, 탈수하고, 온도 105℃의 열풍을 이용하여 12시간 동안 건조하여 수분함량 15w/w%가 되게 하였다.
비교예 2 : 종래 함침법에 따른 이산화황 가스 제거용 화학흡착제의 제조
화학흡착제의 담체로 직경 3mm의 펠릿형 활성탄을 사용하였으며, 활성탄 100중량부에 대하여, 정제수 150중량부 및 화학약품(시약)으로서의 수산화칼륨(순도 95%) 20중량부의 혼합물로 된 화학약품 수용액을 준비하였다.
반응온도 25℃에서 4시간 동안 함침시킨 후, 탈수하고, 온도 105℃의 열풍을 이용하여 12시간 동안 건조하여 수분함량 15w/w%가 되게 하였다.
비교예 3 : 종래 함침법에 따른 황화수소 가스 제거용 화학흡착제의 제조
화학흡착제의 담체로 입자 크기 4~6mm의 활성알루미나를 사용하였으며, 활성탄 100중량부에 대하여, 정제수 150중량부 및 화학약품(시약)으로서의 과망간산칼륨(순도 99w/w%) 10중량부의 혼합물로 된 화학약품 수용액을 준비하였다.
반응온도 25℃에서 2시간 동안 함침시킨 후, 탈수하고, 온도 120℃의 열풍을 이용하여 8시간 동안 건조하여 수분함량 5%가 되게 하였다.
상기 본 발명에 따른 실시예 1~4는 앞서 기술한 바와 같이 화학 폐수의 발생 및 별도의 이송 공정없이 제조하였고, 비교예 1~3의 종래의 함침법은 별도의 탈수 공정에 따른 화학 폐수의 발생이 있으며, 상용화된 화학흡착제의 함침법을 기반으로 한 것이다.
시험예 1: 화학흡착제 g당 유해가스 제거율
상기 실시예 1~4 및 비교예 1~3에서 제조한 화학흡착제의 g당 유해가스 제거율을 측정하였으며, 그 결과를 하기의 표 1에 나타낸다.
| 시험가스 | 단위 g당 제거율(g/g) | |
| 실시예 1 | 암모니아 | 0.021 |
| 실시예 2 | 암모니아 | 0.033 |
| 실시예 3 | 이산화황 | 0.057 |
| 실시예 4 | 황화수소 | 0.001 |
| 비교예 1 | 암모니아 | 0.020 |
| 비교예 2 | 이산화황 | 0.043 |
| 비교예 3 | 황화수소 | 0.001 |
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 의한 암모니아 가스 제거용 화학흡착제 실시예 1과 종래 함침법에 따른 암모니아 가스 제거용 화학흡착제 비교예 1에서 동일 시험조건에서의 암모니아 가스 제거성능은 실험오차 범위내에서 큰 차이를 보이지 않았으며, 실시예 1과 비교예 1로부터 본 발명에 의한 제조방법과 제조장치를 사용하여 화학흡착제를 제조 시 함침 수용액을 제조할 때 투입되는 화학약품양을 줄일 수 있고, 공정 이동이 없고, 폐수발생이 없으므로 공정의 간소화와 환경영향성을 줄일 수 있었다.
상기 표 1로부터, 실시예 1과 실시예 2로부터 함침 수용액의 농도가 높아질수록(화학약품 사용량이 많을수록) 암모니아 유해가스 제거성능이 높아짐을 알 수 있었다. 또한, 실시예 2와 비교예 1로부터 동일 화학약품 사용량이더라도 종래의 함침법은 폐수발생으로, 폐수에 포함된 약품이 버려짐으로서 실제 화학흡착제 담체에 사용되지 않고 버려짐을 확인할 수 있었다.
상기 표 1로부터, 실시예 3과 비교예 2, 실시예 4와 비교예 3으로부터 종래의 함침법 대비 화학약품 사용량이 적어지더라도 동일한 화학흡착력을 가질 수 있는 제법과 장치를 본 발명에 의해 제공되어 짐을 확인할 수 있었다.
그리고, 암모니아 제거용 상용 화학흡착제는 종래의 특허기술 및 사용 시판 흡착제의 함침량으로부터 최대 인산 약품의 사용량이 담체 중량 대비 최대 70중량%까지 사용되고 있음을 알수 있고, 주요 생산품은 평균 40중량%를 사용하고 있다.
여러 다른 화학흡착제 또한 화학흡착제 제조공정에 있어 함침법을 사용하는 화학흡착제는 과량의 화학약품 사용과 화학 폐수 발생으로 환경영향성이 높은 반면, 본 발명에 의한 제조방법과 제조장치는 환경영향성을 최소화할 수 있다.
따라서, 화학흡착제 제조시 화학약품의 과량사용은 종래 함침기술의 한계점인 폐수로 버려지는 약품에서 기인된 것으로 본 발명에 따른 제조방법과 제조장치를 사용하면 기존보다 적은 양의 화학약품을 사용하더라도 현재 상용되는 화학흡착제의 요구성능을 나태낼 수 있다는 것을 확인하였다.
이상 본 발명을 실시예 및 비교예와 시험예에 의해 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 따라서 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 본 발명에 따른 화학흡착제 제조 장치
100 : 반응조
101 : 교반축(공기주입일체형) 102 : 모터
103 : 임펠러(impeller) 104 : 제어반
105 : 오일 자켓(oil jacket) 106 : 회전수단
107 : 이동식 바퀴(caster) 108 : 에어노즐
200 : 에어컴프레서
100 : 반응조
101 : 교반축(공기주입일체형) 102 : 모터
103 : 임펠러(impeller) 104 : 제어반
105 : 오일 자켓(oil jacket) 106 : 회전수단
107 : 이동식 바퀴(caster) 108 : 에어노즐
200 : 에어컴프레서
Claims (8)
- (A) 흡착제로서의 담체 100중량부에 대하여, 유해가스의 중화 또는 산화환원 반응용 화학약품 5~20중량부와 정제수 120~150중량부의 혼합물인 화학약품 수용액을 준비하는 단계;
(B) 상기 담체를 화학약품 수용액 중에 침적하되, 반응조 온도를 60~95℃로 유지하면서 1~5hr, 50~100rpm으로 교반하는 함침 단계; 및
(C) 반응조 온도를 105~130℃로 유지하면서 4~10hr, 100~300rpm으로 교반하여 화학약품이 첨착된 화학흡착제의 함수율이 5~25%가 될 때까지 수분을 증발 제거하는 건조 단계를 포함하며:
상기 반응조의 온도 제어가 상기 반응조 주위를 에워싸는 히팅용 오일 자켓에 의해 이루어지고;
상기 건조 단계의 시작과 동시에, 또는 상기 건조 단계의 절반이 진행된 중간 진행 시점에서 에어컴프레서에 의한 압축 건조 공기를 다수의 에어 노즐이 소정 간격으로 형성되고 하단부에 임펠러가 설치된 교반축을 통하여 6~9kgf/cm2의 압력으로 공급하며;
상기 함침 단계 및 건조 단계가 같은 반응조 내에서의 뱃치(batch) 시스템으로 수행되는,
유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 흡착제가 직경은 1~7mm이고 길이는 최대 7mm인 펠릿, 플레이크, 그래뉼, 또는 구체 형태의 유기, 무기, 또는 유무기 담체인 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 외부에 히팅용 오일 자켓이 형성된 반응조와;
상기 반응조 내에 위치하며, 다수의 에어 노즐이 소정 간격으로 형성되어 있는 교반축의 하단부에 설치되는 임펠러와;
상기 교반축에 연결되는 모터 및 에어컴프레서를 포함하며:
제1항에 따른 제조방법을 수행하기 위한,
유해가스 제거용 화학흡착제의 제조장치. - 제6항에 있어서, 상기 반응조의 기울임을 가능하게 하는 회전수단이 설치되어 있는 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조장치.
- 제6항에 있어서,
상기 교반축에 형성된 다수의 에어 노즐 사이의 상하 간격은 50~150mm이고, 교반축 중심으로부터 반응조 내주면까지의 거리는 450~650mm이며, 최하부 노즐과 반응조 바닥면까지 거리는 최대 300mm이고;
상기 에어 노즐은 교반축의 동일 높이에 복수개 형성되어 있는,
유해가스 제거용 화학흡착제의 제조장치.
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| KR1020230037593A KR102653377B1 (ko) | 2023-03-22 | 2023-03-22 | 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법 및 그 장치 |
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| KR1020230037593A KR102653377B1 (ko) | 2023-03-22 | 2023-03-22 | 유해가스 제거용 화학흡착제의 제조방법 및 그 장치 |
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| KR (1) | KR102653377B1 (ko) |
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