KR20020005676A - 가스상 화학 물질 흡착체 및 그것을 이용한 흡착 제거 장치 - Google Patents

가스상 화학 물질 흡착체 및 그것을 이용한 흡착 제거 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 벌집형 적층체에 SiO2/Al203(몰비)가 70을 초과하는 제올라이트와 상기 몰비가 5∼70인 제올라이트를 담지시킨 가스상 화학 물질 흡착체, 및 기체가 상기 가스상 화학 물질 흡착체를 축선 방향으로 통과하도록 거의 원통형으로 형성한 로터(2)와, 로터(2)를 그 축선 방향 양측에서 둘레 방향을 따라 흡착부, 재생부 및 냉각부로 구획하는 기체 안내부(8, 12, 15)를 포함하는 가스상 화학물질을 흡착제거하는 장치에 관한 것으로, 이 장치에는 가스상 화학 물질을 함유한 피처리 기체를 흡착부(16)에, 재생용 기체를 가열 수단(11)으로 가열하여 재생부(17)에, 냉각용 기체를 냉각부(18)에 각각 공급하며, 로터(2)를 흡착부(16)로부터 재생부(17), 냉각부(18)로 회전하고, 흡착부(16)에서 흡착한 가스상 화학 물질을 재생부(17)에서 가열 탈착하며, 냉각부(18)에서 상기 흡착체를 흡착하기에 알맞는 온도로 냉각한다.

Description

가스상 화학 물질 흡착체 및 그것을 이용한 흡착 제거 장치{ADSORBENT FOR GASEOUS CHEMICAL SUBSTANCE AND APPARATUS FOR ADSORBING AND REMOVING USING THE SAME}
종래, 유기 용매 흡착체를 벌집형 적층체에 담지시키고, 이것에 유기계 가스상 화학 물질을 함유한 기체를 통하게 하여 가스상 화학 물질을 흡착시키는 가스상 화학 물질 흡착체 및 이 흡착체를 원통형으로 형성하여 회전 구동하고, 일부에서 흡착을, 그리고 타부에서 고온 기체를 사용한 탈착을 행하는 흡착 제거 장치가 이용되고 있다(일본 특허 공개 공보 평성 제7-313825호(1995)). 여기서 흡착제에는 유기 용매의 흡착능이 큰 소수성 제올라이트가 이용된다.
그러나, 일반적으로 제올라이트는 유기 용매를 그다지 흡착하지 않고, 그 이상으로 공기중의 습분(濕分)을 선택적으로 흡착한다. 일반적으로 공기 1 kg중에는 습분이 10 g 정도 함유되어 있고, 이것은 가스상 화학 물질로서 함유되는 유기 용매량의 1만 배 이상이다. 따라서, 제올라이트는 가스상 화학 물질이 흡착되기 전에공기중의 습분때문에 흡착능이 포화되어 그 이후의 가스상 화학 물질의 흡착을 억제한다고 하는 문제가 있다. 이것에 대하여 소수성 제올라이트를 이용하면, 유기계 가스상 화학 물질이 선택적으로 흡착되지만, 무기계 가스상 화학 물질, 예컨대 암모니아, 유황 화합물 등은 쉽게 흡착되지 않는다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 유기계 가스상 화학 물질뿐아니라 무기계 가스상 화학 물질도 모두 효율적으로 흡착하는 가스상 화학 물질 흡착체 및 흡착 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 흡착 처리 공정에 있어서 흡착 가스중의 가스상 화학 물질, 특히 암모니아와 유기계 가스상 화학 물질을 흡착하는 가스상 화학 물질 흡착체 및 흡착 제거 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 일형태의 흡착 제거 장치(1)의 계통도.
도 2는 로터(2)의 사시도.
도 3은 벌집형 적층체(15)의 확대 평면도.
도 4는 SiO2/Al2O3과 물 및 벤젠의 흡착량과의 관계를 도시한 그래프.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 실시 형태에 의해 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 일형태의 흡착 제거 장치(1)의 계통도이다. 로터(2)는 직경 D=300 mm, 길이 L=400 mm의 원통형으로 구성되고, 구동용 모터(4)에 의해 벨트(5)를 통해 축선(3) 주위에 2/hr로 회전된다. 도 2는 로터(2)의 사시도이다. 로터(2)는 둘레 방향으로 300° 범위가 흡착부(16)가 되고, 흡착부(16)의 회전 방향(19) 하류측에는 둘레 방향 30° 범위에서 재생부(17)가, 또한 재생부(17)의 회전 방향 하류측에는 둘레 방향 30° 범위에서 냉각부(18)가 각각 설치되며, 중심에는 회전축(20)이 설치된다.
처리해야 할 기체(이하, 피처리 기체라 함)는 필터(6)를 통해 피처리 기체 송풍기(7)로 흡인되고, 로터(2)의 흡착부(16)에 피처리 기체 안내부(8)에 의해 공급되며, 가스상 화학 물질이 로터(2)에 흡착되어 피처리 기체 안내부(8)를 통하여 외부로 배출된다. 한편, 재생 기체는 필터(9)를 통해 재생 기체 송풍기(10)로 흡인되고, 가열기(11)에 의해 180℃로 가열되어 로터(2)의 재생부(17)로 재생 기체 안내부(12)에 의해 공급되며, 로터(2)에 흡착된 가스상 화학 물질을 탈착하여 재생 기체 안내부(12)를 거쳐 본 장치(1) 밖으로 배출된다. 로터(2)의 재생부(17)는 180℃의 재생 기체에 의해 180℃ 부근까지 가열되고 있기 때문에, 냉각부(18)에서는, 냉각 기체에 의해 상온 부근까지 냉각된다. 냉각 기체는 필터(13)를 통해 냉각용 송풍기(14)로 흡인되고, 로터(2)의 냉각부(18)에 냉각 기체 안내부(15)에 의해 공급되며, 로터(2)를 냉각하여 냉각 기체 안내부(15)로부터 배출된다. 흡착부(16)로 보내어지는 피처리 기체와, 재생부(17)로 보내어지는 재생 기체 및 냉각부(18)로 보내어지는 냉각 기체는 로터(2)내의 유동 방향을 반대로 함으로써 흡착, 탈착, 냉각이 효율적으로 행해지도록 하고 있다.
도 3은 본 발명의 가스상 화학 물질 흡착체에 이용되는 벌집형 적층체(22)의 일부 확대 평면도이다. 이것을 원통형 로터(2)로 형성할 때에는 벌집형 소구멍(27)이 축선 방향으로 통하도록 한다.
도 4는 제올라이트를 구성하는 SiO2와 Al2O3의 몰비(SiO2/Al2O3)와 물 및 벤젠의 흡착량과의 관계를 도시한 그래프이다. 물과 벤젠의 흡착량을 나타내는 두선의 교점은 SiO2/Al2O3가 약 70인 점과 일치한다. 따라서, 본 발명에서는, SiO2/Al2O3이 상기 교점값(SiO2/Al2O3=70) 이하의 약소수성 제올라이트 10∼90%(중량)와, 상기 교점값을 초과하는 강소수성 제올라이트 90∼10%(중량)를 벌집형 적층체(22)에 담지시켰다. 이하의 실시예에서는 SiO2/Al2O3몰비 60의 약소수성 제올라이트와, 상기 몰비 200의 강소수성 제올라이트를 등량 벌집형 적층체(22)에 담지시킨 로터(2)를 이용하여 흡착 테스트를 행하였다.
본 발명은 SiO2/Al2O3(몰비)가 70을 초과하는 제올라이트와, SiO2/Al2O3(몰비)가 5∼70인 제올라이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스상 화학 물질 흡착체이다.
본 발명에 따르면, 가스상 화학 물질의 종류에 따라 SiO2/Al2O3(몰비) 70 이상인 1종 이상의 제올라이트와 SiO2/Al2O3(몰비) 5∼70인 1종 이상의 제올라이트가 이용된다. 이것에 의해 유기계 가스상 화학 물질 및 무기계 가스상 화학 물질 모두 효율적으로 흡착 제거된다.
일반적으로 제올라이트는 aM2Ox·Al2O3·mSiO2·bH2O의 분자식으로 표시되며, 여기서 M은 알칼리족 또는 알칼리 토족의 금속이며, x는 그 원자가이고, m은 실리카(SiO2)와 알루미나(Al2O3)와의 몰비 SiO2/Al2O3를 나타낸다. 제올라이트의 몰비 m이 5 미만인 것은 친수성 제올라이트로 분류된다. 본 발명에서는 몰비 m이 5∼70 범위의 제올라이트(이하, 약소수성 제올라이트라 함)와, 몰비 m이 70을 초과하는 제올라이트(이하, 강소수성 제올라이트라 함)를 유동상(流動床) 흡착탑에 충전하거나 또는 벌집형 적층체에 30∼90(중량)%로 담지시킨다. 약소수성 제올라이트와 강소수성 제올라이트의 혼합비는 가스상 화학 물질에 따라 변하지만, 약소수성 제올라이트가 10∼90%(중량)이고, 강소수성 제올라이트가 90∼10%(중량)인 범위가 바람직하다.
또한, 본 발명은 다음을 포함하는, 연속적 내지 간헐적으로 가스상 화학 물질을 흡착 제거하는 것을 특징으로 하는 흡착 장치이다:
상기 가스상 화학 물질 흡착체를 축선 방향으로 기체가 통과하도록 거의 원통형으로 형성한 로터와;
상기 로터를 그 축선 주위로 회전시키는 구동 수단과;
로터의 축선 방향 양단부에서, 로터의 둘레 방향으로 회전 방향을 따라 흡착부, 재생부 및 냉각부의 순으로 구획하여 형성하는 기체 안내부로서,
가스상 화학 물질을 함유한 기체를 흡착부에 로터의 축선 방향 한쪽 측으로 공급하고, 다른 쪽 측으로부터 외부로 배출하는 피처리 기체 안내부와,
재생용 기체를 재생부에 로터의 축선 방향 다른쪽 측으로 공급하고, 한쪽 측으로 배출하는 재생 기체 안내부와,
냉각용 기체를 냉각부에 로터의 축선 방향 다른 쪽 측으로부터 공급하고, 한쪽 측으로부터 외부로 배출하는 냉각 기체 안내부로 이루어진 기체 안내부; 및
재생부에 공급하는 기체를 가열하는 가열 수단.
본 발명에 따르면, 가스상 화학 물질 흡착체는 거의 원통형으로 형성되고, 그 축선 주위로 흡착부, 재생부, 냉각부의 순으로 구동 수단에 의해 회전 구동된다. 흡착부에서는, 가스상 화학 물질을 함유한 기체가 로터의 축선 방향 한쪽 측으로부터 다른 쪽 측으로 흘러가서 가스상 화학 물질을 흡착 제거한다. 재생부에서는, 가열 수단으로 가열된 기체에 의해 흡착부에서 흡착된 가스상 화학 물질이 탈착되고, 로터가 재생된다. 냉각부에서는, 재생부에서 재생용 기체로 가열된 로터가 흡착부에서 가스상 화학 물질을 흡착하는 데 알맞은 온도로 냉각된다. 이것에 의해 가스상 화학 물질을 함유한 기체는 연속적으로 처리된다.
또한, 본 발명은 상기 가스상 화학 물질의 제거 처리를 받은 기체중에 남아있는 가스상 화학 물질의 총합계량이 5 ppb 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 흡착 제거 장치로 처리된 기체는 화학물질이 실질적으로 없는 것에 가까운 레벨의 기체가 된다. 이 때문에 처리해야 할 기체의 통풍 조건은 로터 전방면 풍속을 2.5 m/sec 이하여야하고, 그 축선 방향의 길이 L=400 mm 여야한다.
본 발명과 이들 목적과 그 이외의 목적과, 특색과 이점은 하기의 상세한 설명과 도면으로부터 한층 더 명확해질 것이다.
피처리 기체는 공기중에 무기계 가스상 화학 물질로서 암모니아를 62∼75 ppb와, 유기계 가스상 화학 물질로서 N-메틸피롤리돈(NMP) 740∼8OO ppb를 혼입하였다. 이 피처리 기체를 약 3 m3/min의 유량으로 상기 로터(2)를 장착한 본 흡착 제거 장치(1)에 공급하였다. 또한, 재생은 약 0.6 m3/min 유량의 175℃의 공기로 행하였다.
피처리 기체 및 재생 기체가 안정하여 본 장치(1)에 흐를 때까지 약 1시간이 필요하기 때문에, 장치를 세트한지 1시간 후에 나서 피처리 기체 등의 샘플링을 행하여 분석을 행하였다. 암모니아는 흡수용액을 넣은 인핀져(2단 결합구조)를 통해 다이어프램식 미니 펌프로 각 가스를 2 L/min의 속도로 3시간 흡인하여 흡수용액중의 암모니아를 이온 크로마토그래프법으로 분석하고, 각 가스중의 암모니아 농도를 계산하였다. NMP는 흡착제를 충전한 흡착탑을 통해 다이어프램식 미니 펌프로 가스를 흡인하고, 흡인 가스량을 건식 가스미터로 계량하여 샘플링하였다. 흡착제에 흡착된 NMP는 흡착제를 가열하면서 불활성 가스로 방출하고, 불활성 가스중의 NMP를 TCT-GC/MS법으로 측정하였다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 비교예 1 비교예 2
NH3(ppb) NMP(ppb) NH3(ppb) NMP(ppb) NH3(ppb) NMP(ppb)
피처리기체(유입) 62 740 67 760 75 800
피처리기체(방출) 1.4 0.1 이하 23 0.1 이하 1.0 10
흡착제거효율 97.7% 100% 65.7% 100% 98.7% 98.8%
재쟁기체 390 4440 270 4790 460 5130
농축배율 6.4 6.0 6.1 6.3 6.3 6.5
비교예 1
벌집형 적층체(22)에 담지시키는 제올라이트로서 SiO2/Al2O3몰비 200의 강소수성 제올라이트를 이용한 것 이외에는 실시예와 동일 조건으로 흡착 제거 장치를 운전하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
비교예 2
벌집형 적층체(22)에 담지시키는 제올라이트로서 SiO2/Al2O3몰비 60의 약소수성 제올라이트를 이용한 것 이외에는 실시예와 동일 조건으로 흡착 제거 장치를 운전하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 및 비교예의 결과로부터 본 발명의 제올라이트를 이용한 흡착 제거 장치는 암모니아와 같은 무기계 가스상 화학 물질도 NMP와 같은 유기계 가스상 화학 물질도 높은 흡착 제거 효율로 흡착 제거할 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징에서 일탈하는 일없이 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 따라서, 전술한 실시 형태는 모든 점에서 단순한 예시에 불과하고, 본 발명의 범위는 청구 범위에 나타낸 것으로서, 명세서 본문에는 아무런 구속도 없다.
또한, 청구 범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은 전부 본 발명의 범위내의 것이다.
청구범위 제1항 내지 제4항에 따르면, 약소수성 제올라이트와 강소수성 제올라이트를 이용하기 때문에, 무기계 및 유기계의 가스상 화학 물질이 모두 효율적으로 흡착된다. 본 발명의 가스상 화학 물질 흡착체는 유동상 흡착탑에 충전하거나 또는 벌집형 적층체에 담지시켜 이용된다. 약소수성 제올라이트의 혼합 비율은 10∼90%(중량)가 바람직하다.
또한, 청구범위 제5항에 따르면, 가스상 화학 물질이 흡착부(16)에서 효율적으로 흡착되고, 또한 재생부(17)와 냉각부(18)에서 효율적으로 탈착과 냉각이 행해지기 때문에 연속적으로 효율 좋게 처리할 수 있다.
또한, 청구범위 제6항 따르면, 가스상 화학 물질은 화학물질이 실질적으로 없는 것에 가까운 레벨까지 흡착된다.

Claims (6)

  1. SiO2/Al2O3(몰비)가 70 이상인 제올라이트와, SiO2/Al2O3(몰비)가 5∼70인 제올라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스상 화학 물질 흡착체.
  2. 제1항에 있어서, SiO2/Al2O3의 몰비가 70 이상인 제올라이트 10∼90%(중량)와, SiO2/Al2O3의 몰비가 5∼70인 제올라이트 90∼10%(중량)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스상 화학 물질 흡착체.
  3. 벌집형 적층체에 2종 이상의 제올라이트를 담지시킨 가스상 화학 물질 흡착체를 포함하되,
    그 제올라이트가 SiO2/Al2O3(몰비)가 70 이상인 제올라이트와, SiO2/Al2O3(몰비)가 5∼70인 제올라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스상 화학 물질 흡착체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 2종 이상의 제올라이트가 SiO2/Al2O3의 몰비가 70 이상인 제올라이트 10∼90%(중량)와, SiO2/Al2O3의 몰비가 5∼70인 제올라이트 90∼10%(중량)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스상 화학 물질 흡착체.
  5. 제3항에 기재한 가스상 화학 물질 흡착체를 축선 방향으로 기체가 통과하도록 거의 원통형으로 형성한 로터와;
    상기 로터를 그 축선 주위로 회전시키는 구동 수단;
    로터의 축선 방향 양단부에서, 로터의 둘레 방향으로 회전 방향을 따라 흡착부, 재생부 및 냉각부의 순으로 구획하여 형성하는 기체 안내부로서,
    가스상 화학 물질을 함유한 기체를 흡착부에 로터의 축선 방향 한쪽 측으로 공급하고, 다른 쪽 측으로부터 외부로 배출하는 피처리 기체 안내부와,
    재생용 기체를 재생부에 로터의 축선 방향 다른 쪽 측으로 공급하고, 한쪽 측으로 배출하는 재생 기체 안내부와,
    냉각용 기체를 냉각부에 로터의 축선 방향 다른 쪽 측으로부터 공급하고, 한쪽 측으로부터 외부로 배출하는 냉각 기체 안내부로 이루어지는 기체 안내부; 및
    재생부에 공급하는 기체를 가열하는 가열 수단을 포함하여, 연속적 내지 간헐적으로 가스상 화학 물질을 흡착 제거하는 것을 특징으로 하는 흡착 제거 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가스상 화학 물질이 제거된 피처리 기체중의 가스상 화학 물질의 총 합계량이 5 ppb 이하인 것을 특징으로 하는 흡착 제거 장치.
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