KR20010067155A

KR20010067155A - 배기가스 처리시스템

Info

Publication number: KR20010067155A
Application number: KR1020000052300A
Authority: KR
Inventors: 마에카와데이스케
Original assignee: 아베 데이이치; 가부시키가이샤 다이키샤
Priority date: 1999-09-06
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2001-07-12
Also published as: US6805845B1; JP2001070750A; KR100382869B1

Abstract

배기가스 처리시스템을 처리대상의 배기가스(A) 중에 함유되는 유기성분을 농축하여, 그 유기성분의 농도가 높아진 농축가스를 생성하는 농축장치(1)와, 상기 농축장치(1)에 의해 생성된 농축가스(B')가 연소용 산소함유가스로서 공급되어, 동력을 발생시키는 가스터빈(6)과, 상기 가스터빈(6)에 의해 발생한 동력을 이용하여 발전하는 발전기(9)를 설치하여 구성한다.

Description

배기가스 처리시스템 {EXHAUST GAS TREATMENT SYSTEM}

본 발명은 도장(塗裝)공장이나 반도체 ·전자부품 제조공장에서 발생하는 배기가스 등의 유기성분을 함유하는 배기가스를 처리하는 배기가스 처리시스템에 관한 것이며, 상세하게는, 배기가스 중에 함유되는 유기성분을 산화 분해처리하는 배기가스 처리시스템에 관한 것이다.

종래, 저농도 상태에서 배기가스 중에 함유되는 유기성분을 산화 분해처리하여, 배기가스를 정화하는 동시에, 그 분해열을 회수하여 공장 가동용 에너지원(예를 들면, 공장 본래의 생산 가동용 에너지원) 등에 이용하는 데는, 처리대상의 배기가스, 또는 그 배기가스 중의 유기성분을 농축장치에 의해 농축하여 유기성분 농도를 높인 농축가스를 생성하고, 그 농축가스를 직접 연소식이나 촉매연소식 또는 축열식 등의 배기가스 처리용 연소장치에 도입하여, 유기성분을 연소시키고, 그 연소장치로부터 송출되는 연소배기(즉, 정화된 가스)의 보유열을 열교환기에 의해 회수하는 방식, 또는, 처리대상의 배기가스나 상기 농축가스를 연소용 산소함유가스로서 연료와 함께, 공장 열원(熱源)보일러의 버너에 공급함으로써, 유기성분을 연소시키고, 이에 따라 배기가스 중 유기성분의 산화 분해열을 보일러로부터 발생하는 증기로서 회수 이용하는 방식이 있다.

또, 이들 종래의 배기가스 처리시스템과 비교하여, 배기가스 중 유기성분의 산화 분해처리와 함께, 그 분해열(즉, 배기가스 중 유기성분의 화학에너지)을 한층 효율 양호하게 공장 가동용 에너지원 등에 이용할 수 있는 시스템으로서, 도 4에 나타낸 시스템이 있다. 이 시스템은 처리대상의 배기가스(A)를 연소용 산소함유가스로서 연료(G)와 함께, 가스엔진(30)에 공급하여, 그 가스엔진(30)을 운전하도록 구성되고, 배기가스(A) 중의 유기성분을 엔진(30)에서의 연소에 의해 산화 분해시키고, 이 가스엔진(30)에 의한 발전기(31)의 구동으로 공장 가동 등에 사용하는 전력(E)을 얻고, 또한, 가스엔진(30)으로부터 배출되는 엔진 배기(D)의 보유열을 열교환기(32)에 의해 회수하여, 그 회수열을 공장 가동용의 열원 등에 이용하는 시스템이 고려된다.

즉, 이 가스엔진을 이용한 배기가스 처리시스템(환언하면, 배기가스 처리시스템을 겸하는 코제너레이션(co-generation) 시스템)이면, 배기가스 중 유기성분의 산화 분해열을 전력(E)의 형태로 회수하기 때문에, 배기가스 중 유기성분의 산화 분해열을 연소배기로부터의 회수열이나, 보일러 발생증기로서 회수하는 종래 방식과 비교하여, 배기가스 중 유기성분의 산화 분해열을 에너지 로스가 적은 상태에서, 한층 효율 양호하게 공장 가동용의 에너지원으로서 이용할 수 있고, 이에 따라, 보다 높은 에너지 절약효과 및 CO₂발생량 저감효과를 얻을 수 있다.

그러나, 가스엔진은 일반적으로, 연소용 산소함유가스(즉, 연소용 공기)의 흡입량이 적기 때문에, 상기한 가스엔진 이용의 배기가스 처리시스템에서는, 농축장치에 의해 유기성분 농도를 높여 소량화한 농축가스를 연소용 산소함유가스로서 가스엔진(30)에 공급하는 방식을 채용해도, 유기성분을 저농도 상태로 함유하는 도장공장이나 반도체 ·전자부품 제조공장에서 발생하는 대량의 배기가스를 능률 양호하게 처리하는 것이 어렵다. 이 때문에, 처리대상의 배기가스량이 어느 정도 큰 공장 등에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 에너지 절약 및 CO₂발생량의 삭감을 목적으로서, 이와 같은 가스엔진을 설치한 코제너레이션 시스템(즉, 가스엔진(30)에 의해 발전기(31)를 구동하는 동시에, 엔진의 배기(D)의 보유열을 열교환기(32)에 의해 회수하는 시스템)을 채용하는 것으로 해도, 농축장치(1)에 의해 유기성분의 농도가 높아진 농축가스(B')를 배기가스처리용 연소장치(33)에 도입하여, 배기가스(A) 중의 유기성분을 연소시키도록 구성된 종래의 배기가스 처리시스템과같은 설비형태(내지는, 동 도 5에 파선으로 나타낸 바와 같이, 배기가스처리용 연소장치(33)로 보내는 배기가스(A)나 농축가스(B')의 일부만을 연소용 산소함유가스로서 가스엔진(30)에 공급하도록 구성된 설비형태)에서만, 그 코제너레이션 시스템을 채용할 수 문제가 발생한다.

도 1은 실시형태를 나타낸 배기가스 처리시스템의 구성도.

도 2는 실시형태를 나타낸 흡탈착(吸脫着)장치의 일부 파단사시도.

도 3은 실시형태를 나타낸 흡착용 로터(rotor)부분의 평면시(平面視) 전개도.

도 4는 가스엔진 이용 배기가스 처리시스템의 구성도.

도 5는 종래의 배기가스 처리시스템과 가스엔진을 설치한 코제너레이션(co-generation) 시스템을 병설한 시스템의 구성도이다.

본 발명은 배기가스 중 유기성분의 산화 분해열을 전력의 형태로 회수하면서, 대량의 배기가스를 능률 양호하게 처리할 수 있어, 전술한 가스엔진을 설치한 배기가스 처리시스템과 동일 또는 그 이상의 높은 에너지 절약효과 및 CO₂발생량 저감효과를 얻을 수 있는 배기가스 처리시스템을 제공한다.

즉, 본 발명의 배기가스 처리시스템은 처리대상인 배기가스 중에 함유되는 유기성분을 농축하여, 그 유기성분의 농도가 높아진 농축가스를 생성하는 농축장치와,

상기 농축장치에 의해 생성된 농축가스가 연소용 산소함유가스로서 공급되어, 동력을 발생시키는 가스터빈과,

상기 가스터빈에 의해 발생한 동력을 이용하여 발전하는 발전기를 설치하는 것을 특징으로 한다.

즉, 가스터빈은 발생하는 동력이 동일한 가스엔진보다도, 연소용 산소함유가스의 흡입량이 크기 때문에, 배기가스를 연소용 산소함유가스로서 연료와 함께 가스터빈에 공급하여 가스터빈을 운전하면, 배기가스 중의 유기성분을 가스터빈에서의 연소에 의해 산화 분해시키는 형태로, 전술한 도 4에 나타낸 가스엔진을 설치한 배기가스 처리시스템보다도 대량의 배기가스를 능률 양호하게 처리하면서, 그 가스터빈에 의한 발전기 구동에 의해 배기가스 중 유기성분의 산화 분해열을 전력의 형태로 회수할 수 있다.

그러나, 가스터빈은 발생하는 동력이 동일한 가스엔진보다도 연료 소비량이 크기 때문에, 도장공장이나 반도체 ·전자부품 제조공장에서 발생하는 배기가스와 같은, 유기성분의 농도가 낮은 배기가스(예를 들면, 유기성분의 농도가 100~500ppm 정도의 배기가스)를 그대로 연소용 산소함유가스로서 가스터빈에 공급하도록 구성하는 것에서는, 배기가스 중 유기성분의 도입에 의한 연료 소비량의 저감폭이 작아, 전술한 가스엔진을 설치한 배기가스 처리시스템보다, 연료 소비량이 아직도 커, 그만큼 에너지 절약효과 및 CO₂발생량 저감효과가 낮은 것으로 된다.

이에 대하여, 본 구성과 같이, 처리대상인 배기가스 중에 함유되는 유기성분을 농축하여, 유기성분의 농도가 높아진 농축가스를 생성하는 농축장치를 설치하고, 이 농축장치에 의해 생성된 농축가스를 연소용 산소함유가스로서 가스터빈에 공급하도록 구성하면, 가스터빈은 연소용 산소함유가스의 흡입량이 크기 때문에, 그 농축가스와 동일 풍량(風量)의 배기가스를 그대로 공급하는 경우보다도, 유기성분 도입량을 상기 농축에 의해 크게 증대시킬 수 있다. 따라서, 배기가스의 처리량을 더욱 크게 할 수 있는 동시에, 발전기에서의 발전량당 연료 소비량을 효과적으로 저감할 수 있고, 전술한 도 5에 나타낸 종래의 배기가스 처리시스템과 같은 가스엔진을 설치한 코제너레이션 시스템을 도입하는 경우에는 원래부터 배기가스를 그대로 연소용 산소함유가스로서 가스엔진에 공급하는 구성, 또는 농축장치에 의해 유기성분의 농도가 높아진 농축가스를 연소용 산소함유가스로서 가스엔진에 공급하는 구성과 같은 도 4에 나타낸 가스엔진을 설치한 배기가스 처리시스템보다도, 동일 또는 그 이상의 높은 에너지 절약효과 및 CO₂발생량 저감효과를 얻을 수 있다.

또, 가스터빈으로부터 배출되는 터빈 배기는 가스엔진으로부터 배출되는 엔진 배기와 비교하여 온도가 높기 때문에, 농축가스를 연소용 산소함유가스로서 이용한 상기와 같은 가스터빈의 운전에 있어서, 터빈 배기의 보유열을 회수하도록 구성하면, 전술한 가스엔진을 설치한 배기가스 처리시스템에 있어서, 엔진 배기의 보유열을 회수하도록 구성하는 것보다도, 보다 큰 열량을 이용도가 높은 고온열의 상태로 회수할 수 있고, 이 때문에도, 에너지 절약효과 및 CO₂발생량 저감효과를 촉진할 수 있다.

그리고, 이와 같이 유기성분의 농도가 낮은 대량의 배기가스를 능률 양호하게 처리할 수 있고, 또한 높은 에너지 절약효과 및 CO₂발생량 저감효과를 얻으면서도, 도 5에 나타낸 바와 같은 종래의 배기가스 처리시스템을 이용한 코제너레이션 시스템을 도입하는 것보다도, 배기가스 처리용의 연소장치(33)를 생략하여 전체로서의 설비코스트도 저감할 수 있다.

그리고, 가스엔진을 설치한 배기가스 처리시스템과 동일 또는 그 이상 높은 에너지 절약효과 및 CO₂발생량 저감효과를 확실하게 얻는 데는, 연소용 산소함유가스로서 가스터빈에 공급하는 상기 농축가스 유기성분의 농도를 3000ppm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 배기가스 처리시스템은 상기 농축장치로서, 처리대상의 상기 배기가스를 흡착제층으로 통과시킴으로써, 배기가스 중의 유기성분을 흡착제층에 흡착시키는 흡착공정과, 흡착공정을 끝낸 상기 흡착제층에 처리대상의 배기가스보다도 소풍량(小風量)의 탈착용(脫着用) 가스를 통과시킴으로써, 흡착상태의 유기성분을 탈착용 가스 중에 탈착시키는 탈착공정을 반복하여, 상기 탈착공정에서 상기 흡착제층으로부터 송출되는 상기 탈착용 가스를 상기 농축가스로서 배출하는 흡탈착장치를 사용하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 흡탈착장치에서는 흡착공정과 그것에 계속되는 탈착공정을 반복 실행하여, 배기가스 중의 유기성분을 배기가스로부터 그것보다도 소풍량의 탈착용 가스로 이행시킴으로써, 가스 중의 유기성분을 농축하여 유기성분의 농도가 높아진 농축가스(즉, 탈착공정에서 흡착제층으로부터 송출되는 탈착용 가스)를 생성한다. 이 종류의 흡탈착장치는 배기가스 처리용의 연소장치를 사용하는 종래의 배기가스 처리시스템에서 이미 농축장치로서 많이 사용되고 있으며, 이 때문에, 전술한 청구항 1에 관한 발명의 배기가스 처리시스템(즉, 가스터빈을 설치한 배기가스 처리시스템)의 구축에 있어서, 이 종류의 흡탈착장치를 농축장치로서 사용하고, 이에 따라 생성된 농축가스를 연소용 산소함유가스로서 가스터빈에 공급하는 상기 구성을 채용하면, 종래부터 많이 사용되고 있는 흡탈착장치를 이용하는 점에서, 시스템의 구축을 용이하게 행할 수 있고, 또, 구축된 시스템은 높은 신뢰성을 가지는 것으로된다.

그리고, 흡탈착장치를 농축장치로서 사용하는 데 있어서는, 흡착공정과 탈착공정을 병행하여 연속적으로 실시할 수 있는 구성의 흡탈착장치(예를 들면, 흡착제층을 구비하는 흡착용 로터의 회전경로에 흡착역과 탈착역을 로터 회전방향으로 나란히 형성하는 회전식의 흡탈착장치나, 복수의 흡착제층 중 일부의 흡착제층에서 흡착공정을 실시하고 있는 동안에 다른 흡착제층에서 탈착공정을 실시한다고 하는 전환형태로, 각 흡착제층에 대하여 흡착공정과 탈착공정를 교대로 전환하여 실행하는 복수 흡착탑(吸着塔)식의 흡탈착장치 등)를 채용하여, 가스터빈에 대하여 연소용 산소함유가스로서의 농축가스를 연속적으로 공급할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 배기가스 처리시스템은 상기 흡탈착장치에, 상기 탈착공정에서 상기 흡착제층으로부터 송출되는 상기 탈착용 가스를, 탈착공정의 초기에 상기 흡착제층을 통과한 초기통과 가스와, 탈착공정의 후기에 상기 흡착제층을 통과한 후기통과 가스로 구분하고,

상기 초기통과 가스에 대해서는, 처리대상의 상기 배기가스에 혼입하여 재차 흡착공정의 상기 흡착제층으로 통과시키고, 다른 쪽의 후기통과 가스에 대해서는, 상기 농축가스로서 배출하는 구분수단을 설치하는 것이 바람직하다.

즉, 이 구성에서는, 구분수단에 의해 탈착공정에서 흡착제층으로부터 송출되는 탈착용 가스를, 흡착공정으로부터 바로 전환되어 흡착제층의 온도가 아직 낮고 흡착된 유기성분의 탈착이 효율적으로 행해지지 않는 탈착공정 초기에 흡착제층을통과한 초기통과 가스와, 탈착용의 열원에 의해 이미 흡착제층이 충분히 가열되어 흡착유기성분의 탈착이 효율적으로 행해지는 탈착공정 후기에 흡착제층을 통과한 후기통과 가스로 구분한다. 그 결과, 유기성분의 농도가 낮은 상태에서 흡착제층으로부터 송출되어, 유기성분의 농축이 불충분한 탈착용 가스(즉, 초기통과 가스)와, 유기성분의 농도가 높은 상태에서 흡착제층으로부터 송출되어, 유기성분의 농축이 충분한 탈착용 가스(즉, 후기통과 가스)로 구분된다.

그리고, 초기통과 가스에 대해서는, 유기성분의 농축이 불충분하므로, 이 가스를 처리대상의 배기가스에 혼입시키고, 반복해서 행해지는 흡착공정에서 재차 흡착제층으로 통과시킴으로써, 함유하는 유기성분을 흡착공정과 그것에 계속되는 탈착공정을 행하여, 소풍량의 탈착용 가스로 이행시키는 농축처리를 재차 실시하도록 하고, 이에 대하여, 유기성분의 농축이 충분한 상태에서 흡착제층으로부터 송출되고, 유기성분의 농도가 높은 다른 쪽의 후기통과 가스는 농축가스로서 꺼내지고, 이 농축가스는 연소용 산소함유가스로서 가스터빈으로 보내진다.

즉, 이와 같이 탈착공정에서 흡착제층으로 통과시킨 탈착용 가스 중, 유기성분의 농축이 불충분한 상태에서 흡착제층으로부터 송출되고, 유기성분의 농도가 낮은 초기통과 가스에 대해서는, 재차 농축처리를 실시하여, 유기성분 농축이 충분한 상태에서 흡착제층으로부터 송출되고, 유기성분의 농도가 높은 후기통과 가스만을 농축가스로서 꺼내도록 구성함으로써, 탈착공정에서 흡착제층으로부터 송출되는 탈착용 가스의 전량을 농축가스로서 꺼내도록 구성하는 것보다도, 탈착효율이 낮은 탈착공정 초기의 영향을 회피한 상태에서 가스 중 유기성분의 농축배율을 효과적으로 높일 수 있고(한국 출원번호 제2000-15069호, 출원일 2000/3/24), 이에 따라, 연소용 산소함유가스로서 가스터빈으로 보내는 농축가스의 유기성분 농도를 효과적으로 높여, 청구항 1에 관한 발명에 의한 배기가스 처리시스템의 에너지 절약효과 및 CO₂발생량 저감효과를 효과적으로 촉진할 수 있다.

그리고, 초기통과 가스와 후기통과 가스와의 구분점을 적당히 선정하면, 초기통과 가스의 유기성분 농도는 매우 낮고, 또한, 탈착용 가스 그것이 처리대상의 배기가스와 비교하여 소풍량이므로 초기통과 가스는 더욱 소풍량이기 때문에, 이 초기통과 가스를 처리대상의 배기가스에 혼입하여 흡착공정에서 흡착제층으로 통과시켜도, 흡착공정에서의 처리부하(負荷)의 증대는 약간이며, 이 때문에, 배기가스 중의 유기성분에 대한 흡착기능은 흡착제층의 중후화(重厚化)를 요하지 않고 충분히 높게 유지할 수 있다.

이와 관련, 탈착공정에서 흡착제층으로부터 송출되는 탈착용 가스의 전량을 농축가스로서 꺼내는 흡탈착장치에서, 가스 중 유기성분의 농축배율이 20배 정도의 것에, 청구항 3에 관한 발명의 상기 구성을 적용하면, 흡착제층의 변경을 수반하지 않고, 또, 처리용량의 저하도 거의 수반하지 않고, 가스 중 유기성분의 농축배율을 40배 정도까지 용이하게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 배기가스 처리시스템은 상기 농축장치로서, 처리대상인 배기가스 중에 함유되는 유기성분을 30배 이상으로 농축하는 장치를 사용하는 것이 바람직하다.

즉, 도장공장이나 반도체 ·전자부품 제조공장에서 발생하는 배기가스와 같이, 유기성분 농도가 100~500ppm 정도의 배기가스를, 청구항 1에 관한 발명의 배기가스 처리시스템으로 처리하는 경우, 농축장치에 30배 이상의 유기성분 농축배율을 가지는 것을 사용하면, 처리대상의 배기가스에서의 유기성분 농도의 다소의 변동에 관계없이, 전술한 가스엔진을 설치한 배기가스 처리시스템과 동일 정도 내지 그 이상의 높은 에너지 절약효과 및 CO₂발생량 저감효과를 안정적으로 유지할 수 있다.

그리고, 농축장치에 의해 유기성분의 농도가 높아진 농축가스를 연소용 산소함유가스로서 가스터빈에 공급하는 데 있어서, 가스 중 유기성분을 복수의 농축장치(예를 들면, 복수의 흡탈착장치)에 의해 복수 단계에 걸쳐 농축하고, 그 복수 단계에 걸쳐 농축함으로써 유기성분의 농축배율을 높이도록 해도 된다.

도 1은 도장공장이나 반도체 ·전자부품 제조공장 등에서 발생하는 유기용제를 함유하는 배기가스(A)를 처리하는 가스터빈을 설치한 배기가스 처리시스템을 나타냈다.

(1)은 농축장치를 나타내고, 이 농축장치(1)는 배기가스용의 도입로(2)로부터 도입되는 처리대상의 배기가스(A)에 저농도 상태로 함유되는 유기성분(예를 들면, 톨루엔이나 키실렌 등)을 농축하여, 유기성분의 농도가 높아진 농축가스(B')를 생성하고, 그 농축형태로서는, 탈착용 가스용의 도입로(3)로부터 처리대상의 배기가스(A)보다도 소풍량의 탈착용 가스(B)(본 예에서는 공기)를 도입하고, 이 소풍량의 탈착용 가스(B)에 배기가스(A) 중의 유기성분을 이행시키는 형태를 채용한다.

(4)는 유기성분을 탈착용 가스(B)로 이행시킨 후의 처리완료 배기가스(A')(정화가스)를 농축장치(1)로부터 도출하여 외부로 배출하는 처리완료 배기가스용의 배출로를 나타낸다. (5)는 배기가스(A)로부터 유기성분을 이행시킨 탈착용 가스를 생성농축 가스(B')로서 농축장치(1)로부터 도출하는 농축가스용의 도출로를 나타낸다.

(6)은 연동(連動) 압축기(7)를 구비하는 가스터빈을 나타내고, 이 가스터빈(6)에는 농축장치(1)에 의해 생성된 생성농축 가스(B')를 산소함유가스로서, 농축가스용의 도출로(5) 및 연동 압축기(7)를 통해 공급하고, 이 연소용 산소함유가스의 공급과 함께 연료공급로(8)로부터 연료(G)(예를 들면, 천연가스)를 가스터빈(6)에 공급함으로써, 이 가스터빈(6)을 운전하여 동력을 발생시킨다.

(9)는 가스터빈(6)에 의해 발생하는 동력을 이용하여 발전하는 발전기를 나타낸다. (10)은 터빈의 출구로부터 배출되는 터빈 배기(C)를 인도하는 배기로를 나타낸다. (11)은 터빈 배기(C)에 의해, 급수로(12)로부터 공급되는 공급수(W)를 가열하여 고온증기(S)를 생성하는 배기보일러를 나타낸다. 발전기(9)에 의해 발생하는 전력(E) 및 배기보일러(11)에 의해 생성되는 증기(S)는 모두 공장 본래의 생산 가동의 에너지원 등으로 이용한다. 또, 배기보일러(11)에서 증기를 생성하는 데 사용한 후의 터빈 배기(C')는 배기로(10)를 통해 외부로 배출한다.

즉, 이 배기가스 처리시스템에서는, 처리대상의 배기가스(A)로부터 유기성분이 이행된 농축가스(B')를 연소용 산소함유가스로서 연료(G)와 함께 가스터빈(6)에 공급함으로써, 농축장치(1)에서의 유기성분의 이행으로 계속되는 배기가스처리의최종공정으로서, 농축가스(B')로 이행된 유기성분을 가스터빈(6)에서의 연소에 의해 산화 분해하는 동시에, 그 분해열을 발전기(9)에서의 발생전력(E) 및 배기보일러(11)에 의한 발생증기(S)의 형태로 회수하여 효율 양호하게 공장 가동용 에너지원으로 이용하고, 이에 따라 공장 전체로서의 소비 에너지 및 CO₂발생량을 삭감한다.

또, 연소용 산소함유가스로서 농축장치(1)에 의해 유기성분의 농도가 높아진 농축가스(B')를 가스터빈(6)에 공급함으로써, 가스터빈(6)에의 유기성분의 도입량을 증대시켜 가스터빈(6)에서의 연료 소비량을 크게 저감(본예에서는, 유기성분의 도입이 없는 경우에 있어서의 연료 소비량의 60% 정도까지 저감)하고, 이에 따라 에너지 절약효과 및 CO₂발생량 저감효과를 더욱 높인다.

농축장치(1)로서는, 동 도 1 및 도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이, 원반형의 흡착용 로터(13)를 구비하는 회전식 흡탈착장치를 사용하고 있으며, 흡착용 로터(13)에는, 주위부에 섬유형 활성탄으로 이루어지는 흡착제층(14)을 부설한 유저통형(有底筒形)의 복수개의 흡착용 카세트(15)를 로터 회전방향으로 병치(倂置)하여 장착하고, 흡착용 로터(13)를 내장하는 케이싱(16)의 내부에는 로터(13)의 일단측 및 타단측의 각각에 배치한 로터 주위의 격벽(17)에 의해, 흡착용 로터(13)의 일단면을 면하게 하는 입구실(18)과, 흡착용 로터(13)의 타단면을 면하게 하는 출구실(19)을 구획 형성하고, 이 입구실(18)에 배기가스용의 도입로(2)를 접속하는 동시에, 출구실(19)에 처리완료 가스용의 배출로(4)를 접속하고 있다.

또, 흡착용 로터(13)의 회전방향에서의 일부 개소에, 처리대상의 배기가스(A)와는 역방향의 통과방향에서 탈착용 가스(B)를 통과시키기 위한 풍로(風路) 구조로서, 탈착용 가스(B)의 입구챔버(20)와 출구챔버(21)를 그들의 개구 사이에 흡착용 로터(13)의 일부 개소를 끼워 넣는 상태로 대향 배치하고, 출구실(19)측에 배치한 입구챔버(20)에 탈착용 가스용의 도입로(3)를 접속하는 동시에, 입구실(18)측에 배치한 출구챔버(21)에 흡착용 로터(13)를 통과한 탈착용 가스를 생성농축 가스(B')로서 꺼내는 농축가스용의 도입로(5)를 접속하고 있다.

그리고, 도 1에 나타낸 바와 같이 탈착용 가스용의 도입로(3)에는, 농축장치로서 흡탈착장치(1)에 도입하는 탈착용 가스(B)를 가열하는 탈착용 열원으로서의 히터(22)를 설치하고 있다.

즉, 이 흡탈착장치(1)에서는, 흡착용 로터(13)의 회전경로 중, 흡착용 로터(13)의 각 단면이 케이싱 내부의 입구실(18)과 출구실(19)에 개방상태로 면하는 부분을 흡착역(域)(X)으로 하고, 이 흡착역(X)에서, 배기가스용의 도입로(2)로부터 입구실(18)로 도입되는 배기가스(A)를 역내 통과 도중에 있는 로터 부분의 흡착제층(14)으로 통과시킴으로써, 흡착용 로터 각부의 흡착제층(14)에 대하여, 이 흡착역(X)의 통과 기간을 이들 흡착제층(14)에 배기가스(A)를 통과시켜 배기가스(A) 중의 유기성분을 흡착제층(14)에 흡착(흡착제층(14)의 구성흡착제에 흡착)시키는 흡착공정으로 한다.

또, 흡착용 로터(13)의 회전경로 중, 흡착용 로터(13)의 일부 개소가 탈착용 가스(B)의 입구챔버(20)와 출구챔버(21)에 연이어 통하는 부분을 탈착역(Y)으로 하고, 이 탈착역(Y)에서 탈착용 가스용의 도입로(3)로부터 입구챔버(20)에 도입되는 고온의 탈착용 가스(B)를 역내 통과 과정에 있는 로터 부분의 흡착제층(14)으로 통과시킴으로써, 흡착용 로터 각부의 흡착제층(14)에 대하여, 이 탈착역(Y)의 통과기간을, 그들 흡착제층(14)에 고온의 탈착용 가스(B)를 통과시켜 흡착제층(14)의 흡착유기성분을 탈착용 가스(B) 중에 탈착시키는 탈착공정으로 한다.

즉, 이에 따라, 흡착용 로터(13)의 회전에 따라 흡착용 로터 각부의 흡착제층(14)에 대하여 흡착역(X)에서의 흡착과 탈착역(Y)에서의 탈착을 교대로 반복하는 형태로, 장치 전체로서는 배기가스(A)로부터 유기성분을 흡착하는 흡착역(X)에서의 흡착공정과, 흡착한 유기성분을 탈착용 가스(B)에 탈착시키는 탈착역(Y)에서의 탈착공정을 병행하여 연속적으로 실시한다.

그리고, 이 흡탈착에 있어서, 탈착역(Y)에서 흡착제층(14)으로 통과시키는 탈착용 가스(B)의 풍량을 흡착역(X)에서 흡착제층(14)으로 통과시키는 배기가스(A)의 풍량보다도 소풍량으로 설정해둠으로써, 농축처리로서, 탈착역(Y)으로부터 탈착유기성분을 함유한 상태에서 출구챔버(21)로 송출되는 흡착제층 통과 후의 탈착용 가스(Bab)를, 흡착역(X)에서 흡착제층(14)으로 통과시키는 처리 전의 배기가스(A)보다도 유기성분 농도가 높은 것으로 하고, 한편, 흡착역(X)에서의 흡착에 의해 유기성분이 제거된 상태에서 출구실(19)로 송출되는 흡착제층 통과 후의 배기가스(A')는 정화완료 가스로서 처리완료 배기가스용의 배출로(4)를 통해 외부로 배출한다.

또, 이 흡탈착장치(1)에서는, 탈착용 가스(B)의 출구챔버(21)에, 그 내부를로터 회전방향에서 상방실(21a)과 하방실(21b)로 2 분할하는 칸막이구(具)(23)(구분수단)를 설치하고, 이 칸막이구(23)에 의해 탈착역(Y)에서의 탈착용 가스출구를, 로터 회전방향의 상방측에 위치하는 상방측 출구부분(24a)과 로터 회전방향의 하방측에 위치하는 하방측 출구부분(24b)으로 구획하고, 이에 따라, 이들 출구부분(24a, 24b)으로부터 송출되는 탈착용 가스(Bab)로서, 상방측 출구부분(24a)으로부터는 탈착역(Y)에서의 역내 통과 도중의 로터부분 중 탈착역(Y)으로 들어가 바로 로터부분의 흡착제층(14)을 통과한 초기통과 가스(Ba)(즉, 탈착공정의 초기에 흡착제층을 통과한 탈착용 가스)를 주로 송출시키고, 한편, 하방측 출구부분(24b)으로부터는, 탈착역(Y)에서의 역내 통과 도중의 로터부분 중 탈착역(Y)으로 들어가 역 내를 어느 정도 진행한 후의 로터부분 흡착제층(14)을 통과한 후기통과 가스(Bb)(즉, 탈착공정의 후기에 흡착제층을 통과한 탈착용 가스)를 주로 송출시키도록 하고 있다.

그리고, 또 이 출구 구획에 대하여 출구챔버(21)에 접속하는 농축가스용의 도출로(5)는 출구챔버(21)에서의 하방실(21b)에 접속하고, 출구챔버(21)의 상방실(21a)에 대해서는, 그것에 대응하는 상방측 출구부분(24a)으로부터 상방실(21a)로 받아 들인 초기통과 가스(Ba)를 배기가스(A)에 대한 입구실(18)의 실내로 방출하는 연통구(連通口)(25)를 형성하고 있다.

즉, 탈착공정의 초기에 흡착제층(14)을 통과한 초기통과 가스(Ba)에 대해서는, 유기성분의 농축이 불충분해 유기성분 농도가 낮기 때문에, 상기 연통구(25)를 통해 입구실(18)로 방출하고, 배기가스용의 도입로(2)로부터 도입하는 배기가스(A)와의 혼합상태로 흡착역(X)으로 통과시킴으로써 농축처리를 재차 실시하도록 하고, 이에 대하여, 탈착공정의 후기에 흡착제층(14)을 통과하여 유기성분의 농축이 충분한 상태로 하방측 출구부분(24b)으로부터 송출되는 유기성분 농도가 높은 후기통과 가스(Bb)를, 가스터빈(6)으로 보내는 생성농축 가스(B')로서 출구챔버(21)의 하방실(21b) 및 그것에 접속하는 농축가스용의 도출로(5)를 통해 흡탈착장치(1)로부터 꺼내도록 하고 있으며, 이에 따라, 탈착효율이 낮은 탈착공정 초기의 영향을 회피한 상태에서 가스 중 유기성분의 농축배율을 높게 확보한다.

그리고, 흡착용 로터(13)의 내부는 방사형의 구획벽(26)에 의해 로터 회전방향에서, 복수의 흡착용 카세트의 장착실(27)로 구획되어 있고, 또, 입구챔버(20) 및 출구챔버(21) 각각의 양측부에는 하나의 흡착용 카세트의 장착실(27)에 상당하는 폭에 대하여 흡착용 로터(13)에 대한 배기가스(A)의 통과를 저지하는 폐쇄판(28)을 설치하고 있으며, 이에 따라, 각각의 흡착용 카세트의 장착실(27)이 배기가스(A)의 통과경로와 탈착용 가스(B)의 통과경로에 걸치는 상태로 되어 배기가스(A)와 탈착용 가스(B)가 서로 섞이는 것을 각 구획벽(26)의 단에지와 폐쇄판(28)의 판면과의 사이의 실(seal)로서 저지한다.

또, 각 구획벽(26)은 출구챔버(21)에서의 칸막이구(23)와의 협동(協動)으로, 초기통과 가스(Ba)를 출구챔버(21)의 상방실(21a)로 인도하고, 또한, 후기통과 가스(Bb)를 출구챔버(21)의 하방실(21b)로 인도하는 기능을 가진다.

그리고, 본 예의 배기가스 처리시스템에서의 각부의 풍량, 농도 등의 일예로서 다음의 예를 들 수 있다.

배기가스(A) : 풍량(v) = 1000㎥/min

유기성분 농도(d) = 100ppm

농축가스(B') : 풍량(v) = 33㎥/min

유기성분 농도(d) =3000ppm(농도배율 30배)

발전기(9)의 발생전력(E) = 100kw

가스터빈(6)의 연료 소비량(G) = 231000kcal/h

배기보일러(11)의 발생증기량(S) = 400kg/h

방출터빈 배기(C')의 온도 = 200~250℃

〔다른 실시형태〕

다음에, 다른 실시형태를 열기(列記)한다.

전술한 실시형태에서는 유저통형의 흡착용 카세트(15)를 로터 회전방향으로 병치하여 장착하는 원반형의 흡착용 로터(13)를 나타냈지만, 농축장치(1)로서 회전식의 흡탈착장치를 사용하는 경우, 흡착용 로터는 어떠한 구조의 것이라도 되며, 예를 들면, 블록화한 흡착제층을 로터 회전방향으로 병치하는 원반형의 흡착용 로터나, 통 축심(筒軸心)을 회전 축심으로서 회전시키는 원통형의 것으로 회전 축심에 대하여 직교하는 방향으로 가스를 통과시키는 흡착용 로터, 또는 흡착제층을 띠형으로 한 무단(無端) 회동체 구조의 흡착용 로터라도 된다.

농축장치(1)로서 흡탈착 장치를 사용하는 경우, 그 흡탈착장치는 흡착용 로터를 사용하는 회전식의 것에 한정되지 않고, 흡착탑(塔)에 내장된 고정 흡착체층에 대하여 처리대상의 배기가스(A)와 탈착용 가스(B)를 전환하여 통풍하는 흡착탑식의 것이라도 된다.

또, 이 흡착탑식의 흡탈착장치에 있어서, 탈착공정의 흡착제층으로부터 송출되는 탈착용 가스를 재농축처리를 실시하는 초기통과 가스(Ba)와 생성농축 가스(B')로서 가스터빈(6)으로 보내는 후기통과 가스(Bb)로 구분하는 경우, 그 구분수단으로서는, 탈착공정의 흡착제층으로부터 송출되는 탈착용 가스의 도출 풍로(風路)를 전환하여 초기통과 가스(Ba)와 후기통과 가스(Bb)를 구분하는 밸브장치 등을 채용하면 된다.

농축장치(1)로서 사용하는 흡탈착장치에 있어서, 상기와 같은 초기통과 가스(Ba)와 후기통과 가스(Bb)와의 구분을 행하는 경우, 그 구분점(즉, 탈착공정에서의 초기와 후기의 구분점)은, 탈착공정의 중앙점에 한정되는 것이 아니고, 조건 등에 의해 탈착공정의 시점(始點)측 근처나 종점(終點)측 근처에 설정해도 된다. 또, 전술한 실시형태의 흡탈착장치에서 구분수단으로서의 칸막이구(23)를 로터 회전방향에서 위치 조정이 가능한 것으로 하는 등, 구분수단을 초기통과 가스(Ba)와 후기통과 가스(Bb)와의 구분점 변경 조정이 가능한 것으로 해도 된다.

그리고, 상기와 같은 구분수단을 설치하지 않아도 필요한 농축배율이 얻어지는 경우에는, 구분수단의 장비를 생략한 흡탈착장치를 농축장치(1)로서 사용해도 된다.

배기가스(A) 중의 유기성분을 농축하여 유기성분 농도를 높인 농축가스(B')를 생성하는 농축장치(1)에는, 흡탈착장치에 한정되지 않고, 배기가스 중 유기성분의 종별이나 입자의 크기 등에 따라 각종 농축방식의 것을 채용할 수 있고, 예를들면 배기가스 중 유기성분의 입자가 비교적 큰 경우, 사이클론이나 필터를 사용하는 농축방식의 것을 채용해도 된다.

또, 1단째의 농축장치에서 배기가스(A)로부터 1차 농축가스를 생성하고, 그리고, 2단째의 농축장치에서 1차 농축가스로부터 더욱 유기성분 농도를 높인 2차 농축가스를 생성한다고 하는 형태로, 복수의 농축장치(예를 들면, 복수의 흡탈착장치)에 의해 가스 중 유기성분의 농축을 복수 단계에 걸쳐 실시하고, 그 복수단 농축에 의해 가스 중 유기성분의 농축배율을 높이도록 해도 된다.

전술한 실시형태에서는 배기보일러(11)를 사용하여 터빈 배기(C)의 보유열을 증기(S)의 형태로 회수 이용하도록 했지만, 각종 형식의 열교환기를 사용하여 터빈 배기(C)의 보유열에 의해 온수나 열풍을 생성하는 등, 터빈 배기(C)의 보유열 회수이용형태는 여러가지의 변경이 가능하다.

또, 가스터빈(6)에 의해 발전기(9)를 구동하여 발생시킨 전력(E)이나 터빈 배기(C)로부터의 회수된 열의 용도는 어떠한 것이라도 되며, 이들 발생 전력(E)이나 회수열을 배기가스(A)의 발생시설 내에서 이용하는 데 한정되지 않고, 배기가스(A)의 발생시설과는 상이한 시설에서 이용해도 된다.

연소용 산소함유가스로서 가스터빈(6)에 공급하는 농축가스(B')의 유기성분 농도는 3000ppm 이상으로 하는 것이 바람직하지만, 그 구체적 농도값은 조건 등에 따라 결정하면 되며, 경우에 따라서는 3000ppm 이하로 해도 된다. 또, 전술한 실시형태에서는, 농축가스(B')의 모(母)가스로 되는 탈착용 가스(B)에 공기를 사용했지만, 농축가스(B')의 모가스(농축장치(1)에 흡탈착장치를 사용하는 경우에서는 탈착용 가스(B))에는 그것을 사용하여 생성하는 농축가스(G)가 가스터빈(6)의 연소용 산소함유가스로 될 수 있는 것이면 공기에 한정되지 않고 여러가지의 기체를 채용할 수 있다.

본 발명은 도장공장이나 반도체 ·전자부품 제조공장 등에서 발생하는 유기용제 함유 가스에 한정되지 않고, 여러가지의 유기성분을 함유하는 배기가스의 처리에 적용할 수 있다.

Claims

처리대상인 배기가스 중에 함유되는 유기성분을 농축하여, 그 유기성분의 농축이 높아진 농축가스를 생성하는 농축장치와,

상기 농축장치에 의해 생성된 농축가스가 연소용 산소함유가스로서 공급되어, 동력을 발생시키는 가스터빈과,

상기 가스터빈에 의해 발생한 동력을 이용하여 발전하는 발전기를 설치하고 있는 배기가스 처리시스템.
제1항에 있어서,

상기 농축장치로서,

처리대상의 상기 배기가스를 흡착제층으로 통과시킴으로써, 배기가스 중의 유기성분을 흡착제층에 흡착시키는 흡착공정과, 흡착공정을 끝낸 상기 흡착제층에 처리대상의 배기가스보다도 소풍량(小風量)의 탈착용(脫着用) 가스를 통과시킴으로써, 흡착상태의 유기성분을 탈착용 가스 중에 탈착시키는 탈착공정을 반복하고, 상기 탈착공정에서 상기 흡착제층으로부터 송출되는 상기 탈착용 가스를 상기 농축가스로서 배출하는 흡탈착(吸脫着)장치를 사용하는 배기가스 처리시스템.
제2항에 있어서,

상기 흡탈착장치에,

상기 탈착공정에서 상기 흡착제층으로부터 송출되는 상기 탈착용 가스를, 탈착공정의 초기에 상기 흡착제층을 통과한 초기통과 가스와, 탈착공정의 후기에 상기 흡착제층을 통과한 후기통과 가스로 구분하고,

상기 초기통과 가스에 대해서는, 처리대상의 상기 배기가스에 혼입하여 재차 흡착공정의 상기 흡착제층으로 통과시키고, 다른 쪽의 후기통과 가스에 대해서는, 상기 농축가스로서 배출하는 구분수단을 설치하고 있는 배기가스 처리시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 농축장치로서, 처리대상인 배기가스 중에 함유되는 유기성분을 30배 이상으로 농축하는 장치를 사용하는 배기가스 처리시스템.