KR20050068672A - 산성가스를 처리하기 위한 스크러버 시스템 - Google Patents

산성가스를 처리하기 위한 스크러버 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학공업, 반도체 또는 LCD 제조 공업 및 기타 여러 산업분야에서 발생하는 염화수소, 불화수소, 황산화물, 질소산화물, 황화수소, 아황산가스 등의 산성가스 성분을 함유한 각종 폐가스 성분을 효율적으로 흡수 및 제거할 수 있는 고압 분무막과 개별 엘리미네이터(eliminator), 패킹재(packing)를 이용하여 굴뚝에서 백연이 생기지 않으면서 동시에 산성가스를 처리하는 스크러버 시스템을 제공하기 위한 것이다.
특히, 스크러버 내의 패킹층 및 미스트 엘리미네이터를 종래와 같이 여러 단으로 구분하되 상부층과 하부층과 같이, 2단으로 분리함으로써 분무관의 노즐로부터 물이 분무된 후 길이 방향으로 흘러내리는 용수가 많아 패킹층이나 미스트 엘리미네이터의 하부가 항상 용수에 잠겨져 있어 접촉효율이 떨어지던 종래의 경우와는 달리 상부층에 분무된 용수는 별도로 유출관을 통해서 저장조로 배출시켜 하부층의 패킹이나 미스트 엘리미네이터가 용수에 잠기지 않게 하는 특징이 있다.

Description

산성가스를 처리하기 위한 스크러버 시스템{Scrubber system for removing acidic gases}
본 발명은 화학공업, 반도체 또는 LCD 제조 공업 및 기타 여러 산업분야에서 발생하는 염화수소, 불화수소, 황산화물, 질소산화물, 황화수소, 아황산가스 등의 산성가스 성분을 함유한 각종 폐가스 성분을 효율적으로 흡수 및 제거할 수 있는 고압 분무막과 개별 엘리미네이터(eliminator), 충전재(packing)를 이용한 산성가스 처리용 스크러버 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 화학공업, 반도체 또는 LCD 제조 공업 및 기타 여러 산업분야에서 발생하는 염화수소, 불화수소, 황산화물, 질소산화물, 황화수소, 아황산가스 등의 산성가스 성분은 대부분의 경우 폐가스 중에 ppm 정도로 극미량 밖에 포함되지 않는 경우가 많으나, 극미량이라고 하더라도 인체에 대하여 독성이 있을 뿐만 아니라 가스처리설비에 대한 부식성이나 여러 가지 촉매에 대하여 독성을 가지기 때문에 반드시 제거할 필요가 있다.
종래, 폐가스로부터 산성가스 성분을 제거하기 위하여 산성가스를 단지 두세단계의 패킹층을 통과시키고 알칼리를 함유하는 수용액을 분무하여 세척하거나 산과 알칼리와의 중화반응을 수반한 흡수조작으로 제거하였다. 이와 같은 기액 접촉 반응을 수반하는 흡수조작을 행하는 장치도 각종 패킹을 충진시킨 충진탑, 분무탑, 스크러버 (scrubber), 싸이클론 스크러버, 습식탑, 플레이트컬럼, 기포탑, 기포교반탑 등을 한개 또는 여러개를 복합적으로 사용하였다.
염화수소 또는 질산 등의 산성가스가 폐가스 등에 혼합되어 있으면, 산성가스의 제거율이 70 내지 90％에 달하지만, 이러한 가스를 대기 중에 방출시킬 경우에는 산미스트(acid mist) 또는 산연기(acid fume)에 의해 백연(white fume)을 생성하게 되므로 백연이 보이지 않도록 산성가스의 함유량을 실질적으로 0으로 하는 기술이 요구되고 있었다.
첨부 도면 중 도 3은 산성가스 성분을 함유한 가스를 알칼리 함유 수용액으로 세척하고 가스 중에 함유된 산성가스 성분은 흡수제거하기 위한 종래의 일반적인 스크러버 시스템을 도시한 것이다. 도 3의 시스템은 산성가스를 함유하는 폐가스는 공급도관(41)을 통해서 스크러버(40)로 도입되고, 분무용수는 NaOH 또는 NaOCl과 같은 알칼리 성분을 함유한 상태로 도관(42)을 통해서 스크러버(40)에 도입되어 산성가스를 함유하는 폐가스 중으로 분무되고, 산성가스는 두세단계의 패킹층(43)을 통과하면서 알칼리성 수용액의 분무에 의해 물에 흡수되며, 산성가스가 흡수 제거된 후의 청정가스는 배풍기(44)에 의해 외부로 배출되는 구성으로 이루어져 있다. 그리고, 분무에 사용되는 용수는 전체적으로 동일수조에 저장되어 알칼리 용액으로 중화시키면서 재순환 용수로 사용하고 있다.
이와 같은 종래 시스템은 산성가스 성분을 함유한 폐가스를 처리하기 위해 패킹층에 흡수시키는 두세단계의 과정에서 동일한 알칼리성 수용액을 반복해서 사용함으로써 산성가스의 흡수가 잘 이루어지지 않고, 또 처리되지 않은 상태로 산성가스가 잔존하는 문제가 있으며, 비교적 고농도의 알칼리 수용액을 이용하여 세정하면 산성가스의 흡수제거는 효율 높게 수행할 수 있지만, 가스 중에 수반되는 이산화탄소 가스와 알칼리가 반응해서 생성되는 알칼리 카르보네이트 등의 염류가 계내에서 석출 축적되므로 결과적으로는 운전불능을 초래하는 문제가 있으며, 산성가스 성분을 함유한 가스를 저농도의 알칼리 수용액을 이용하여 세척하는 방법도 시도할 수 있으나, 이에 의하면, 산성가스성분의 제거가 불충분하고, 처리가스를 대기 중에 방출하는 경우에는 백연을 발생하게 되므로 작업장의 작업자에게 불쾌한 냄새를 느끼게 하며, 완전하게 백연의 발생을 방지하기 위해서는 가스의 체류시간을 연장시켜야 하는데 이럴 경우에는 스크러버 장치의 규모를 크게 해야 하므로 이에 따라 압력 손실이 증가하여 운전비용이 높아지는 단점이 있다.
특히, 도 4에 나타낸 바와 같이 패킹층(43)이 여러 단으로 구성되어 있긴 하나 패킹층의 구조학상 길이 방향으로 흘러내리는 용수가 많을 경우 실제 패킹층의 하부는 항상 물이 차여 있어 패킹층과의 접촉면적의 감소로 흡착효율이 떨어지는 단점이 있다.
이에 본 발명은 화학공업, 반도체 또는 LCD 제조 공업 및 기타 여러 산업분야에서 발생하는 염화수소, 불화수소, 황산화물, 질소산화물, 황화수소, 아황산가스 등의 산성가스 성분을 함유한 각종 폐가스 성분을 효율적으로 흡수 및 제거할 수 있고, 가시적 공해이면서 배출구 주변에 오염물질을 함유한 응축수분을 낙하시키게 되는 백연현상의 발생을 억제할 수 있으며, 압력손실도 최소화시킬 수 있는 산성가스의 처리 스크러버 시스템을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
본 발명의 산성가스 처리 스크러버 시스템은, 산성가스 성분을 함유한 각종 폐가스를 기액접촉방식으로 처리하기 위한 스크러버, 상기 스크러버에 고압의 압축공기를 공급하기 위한 압축공기 공급도관, 알칼리 용액이 포함되어 있지 않는 순수한 신수를 스크러버 저장조로 공급하기 위한 신수 공급도관, 산성가스를 함유하는 폐가스를 스크러버로 공급하기 위한 폐가스 공급도관 및 상기 스크러버 저장조의 물을 펌프에 의해 상기 스크러버로 재공급하기 위한 제 1 및 제 2 물 회송관이 각각 연결되어 있되 제 1 물 회송관은 압축공기 공급도관과 합류하여 한 개의 합류도관으로 스크러버에 연결되어 있고, 상기 스크러버 저장조의 물을 펌프에 의해 상기 스크러버로 분기형태로 재공급하기 위한 제 3 물회송관, 상기 제 3 물 회송관의 물이 약알칼리로 중화되어지도록 상기 스크러버 저장조에 저온의 알칼리 성분을 공급하기 위한 알칼리 공급도관, 상기 제 3 물 회송관의 물을 냉각시키기 위한 냉각수단 및 상기 스크러버로부터의 클린가스를 배출하기 위한 배기관과 스크러버 저장조로부터 일부의 물을 연속적으로 외부로 배출하기 위한 배출도관이 연결되어서 구성되어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 스크러버는 4개의 단으로 구성되어 있되 제 1 물 회송관과 고압의 공기공급도관의 합류도관이 연결되어 있으며 스크러버 내부로 유입되는 폐가스를 향해서 고압으로 물을 분무하기 위한 노즐을 갖춘 분무관이 설치되어 있고, 분무관의 후방에는 미스트 엘리미네이터가 배치되어 있는 제 1단; 상기 스크러버 저장조로부터의 제 2 물 회송관이, 제 1단에서 미흡수된 산성가스의 흐름과 동일 방향으로 고압으로 물을 분무하게 되는 노즐을 갖춘 분무관과 연결되어 있고, 이 분무관의 전방에는 패킹층이 배치되어 있는 제 2단; 제 2단의 경우와 동일하게 스크러버 저장조로부터의 제 3 물 회송관이 분기관의 형태로 노즐을 갖춘 분무관과 연결되어 있고, 분무관의 전방에 패킹층이 배치되어 있는 제 3단; 및 제 3단의 경우와 동일하게 스크러버 저장조로부터의 제 3 물 회송관이 분기관의 형태로 노즐을 갖춘 분무관과 연결되어 있고, 분무관의 전방에 미스트 엘리미네이터가 배치되어 있는 제 4단으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 스크러버 내의 패킹층 및 미스트 엘리미네이터는 상부층과 하부층의 2단으로 분리된 구조로 이루어져 있고, 상기 스크러버 저장조는 물이 오우버플로우 될 수 있도록 격벽을 가지며, 스크러버로부터 물이 유출될 수 있는 유출관을 갖는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 산성가스 처리 스크러버 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1의 스크러버에서 패킹층의 구조를 확대하여 나타낸 상세도이다.
본 발명에 따른 산성가스를 처리하기 위한 스크러버 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 화학공업, 반도체 또는 LCD 제조 공업 및 기타 여러 산업분야에서 발생하는 염화수소, 불화수소, 황산화물, 질소산화물, 황화수소, 아황산가스 등의 산성가스 성분을 함유한 각종 폐가스를 기액접촉방식으로 처리하기 위한 스크러버(10), 상기 스크러버(10)에 고압의 압축공기를 공급하기 위한 압축공기 공급도관(11), 알칼리 용액이 포함되어 있지 않는 순수한 신수(新水)를 스크러버 저장조(12)로 공급하기 위한 신수 공급도관(13), 산성가스를 함유하는 폐가스를 스크러버(10)로 공급하기 위한 폐가스 공급도관(14) 및 상기 스크러버 저장조(12)의 물을 펌프(15,15')에 의해 상기 스크러버(10)로 재공급하기 위한 제 1및 제 2 물 회송관(16,16')이 각각 연결되어진 구성으로 이루어져 있되 여기서, 물 회송관(16)은 압축 공기 공급 도관(11)과 합류하여 한 개의 합류도관(17)으로 스크러버(10)에 연결되어 있다.
한편, 본 발명에서 상기 스크러버(10)는 도 2에 상세하게 예시한 바와 같이 4개의 단(A, B, C, D)으로 구성되어 있되 제 1단(A)은 제 1 물 회송관(16)과 고압의 공기공급도관(11)의 합류도관(17)이 연결되어 있으며 스크러버(10) 내부로 유입되는 폐가스를 향해서 고압으로 물을 분무하기 위한 노즐(18)을 갖춘 분무관(19)이 설치되어 있고, 분무관(19)의 후방에는 미스트 엘리미네이터(Mist eliminator 20)가 배치되어 있다. 따라서, 노즐(18)로부터 분무되는 물의 분무막에 의해 미세한 물방울이 형성(알칼리와 반응하여 생기는 포그(Fog)의 발생을 피하기 위함)되어 기액 접촉의 표면적이 늘어나게 되고 가스를 따라서 이동하는 물방울은 미스트 엘리미네이터(20)에 의해 약 99％ 이상의 포집효율로 포집 및 제거되어진다.
제 2단(B)은 스크러버 저장조(12)로부터의 물 회송관(16')이, 제 1단(A)에서 미흡수된 산성가스의 흐름과 동일 방향으로 고압으로 물을 분무하게 되는 노즐(21)을 갖춘 분무관(22)과 연결되어 있고, 이 분무관(22)의 전방에는 패킹층(23)이 배치되어 있다. 이에 따라 분무관(22)의 노즐(21)로부터 물이 패킹층(23)으로 연속적으로 분무되어 기액 접촉을 향상시키게 되면서 제 1단(A)에서 미흡수된 산성가스를 물과 평형을 이룰 때까지 흡수하게 된다.
또한, 제 3단(C)은 제 2단(B)의 경우와 동일하게 스크러버 저장조(12)로부터의 제 3 물 회송관(16")이 분기관의 형태로 노즐(24)을 갖춘 분무관(25)과 연결되어 있고, 분무관(25)의 전방에 패킹층(26)이 배치되어 있다. 이에 따라 앞에서와 같은 방식으로 분무관(25)의 노즐(24)로부터 물이 패킹층(26)으로 연속적으로 분무되어지고, 이때의 물은 알칼리 공급도관(27)으로 부터 스크러버 저장조(12)로 공급된 저온의 알칼리 성분이 포함되어 pH 8의 약알칼리로 중화된 것이므로 분무시 미흡수된 잔여 산성가스를 중화시켜 흡수 제거하게 된다.
제 3 물 회송관(16")을 통해서 제 3단(C)으로 공급되는 물은 냉각기(28)를 사용하여 냉각시킨 냉각수를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 산성가스의 온도를 냉각시켜서 가스에 함유된 수분을 응축, 제거시키고 스택(Stack)에서 발생되는 백연을 억제하기 위한 것이다. 여기서, 미설명부호 29는 냉각수 순환도관이다.
한편, 제 4단(D)은 제 3단(C)의 경우와 동일하게 스크러버 저장조(12)로부터의 제 3 물 회송관(16")이 분기관의 형태로 노즐(30)을 갖춘 분무관(31)과 연결되어 있고, 분무관(31)의 전방에 미스트 엘리미네이터(32)가 배치되어 있다. 이에 따라 앞에서와 같은 방식으로 분무관(31)의 노즐(30)로부터 알칼리성분이 중화된 물이 미스트 엘리미네이터(32)를 향해서 필요한 경우에 분무되어 청소를 하도록 하여(정상운전시에는 분무하지 않음) 물방울의 비산을 방지함과 동시에 가스와 함께 동반 배출되는 5㎛의 물방울을 99％까지 제거하게 된다.
도 1에서 미설명부호 33은 스크러버 저장조(12)에서 일부의 물을 연속적으로 외부로 배출하기 위한 배출도관이고, 부호 34는 클린 가스(clean gas)를 대기로 방출하기 위한 배기관이다.
도 2에서 미설명부호 35는 격벽이고, 부호 36은 스크러버로부터 물을 저장조로 유출하기 위한 유출관이며, 앞쪽 단에서 물의 양이 많을 경우에는 화살표 방향으로 격벽을 통해서 오우버플로우하게 된다.
도 2에 의하면, 스크러버(10) 내의 패킹층(23,26) 및 미스트 엘리미네이터(20,32)은 종래와 같이 여러 단으로 구분되어 있지 않고 상부층과 하부층과 같이, 2단으로 분리된 구조로 이루어져 있는 바, 분무관의 노즐로부터 물이 분무된 후 길이 방향으로 흘러내리는 용수가 많아 패킹층이나 미스트 엘리미네이터의 하부가 항상 용수에 잠겨져 있어 접촉효율이 떨어지던 종래의 경우와는 달리 상부층에 분무된 용수는 별도로 유출관을 통해서 저장조로 배출시켜 하부층의 패킹이나 미스트 엘리미네이터가 용수에 잠기지 않게 된다.
본 발명의 산성가스의 처리 스크러버 시스템은 화학공업, 반도체 또는 LCD 제조 공업 및 기타 여러 산업분야에서 발생하는 염화수소, 불화수소, 황산화물, 질소산화물, 황화수소, 아황산가스 등의 산성가스 성분을 함유한 각종 폐가스 성분을 효율적으로 흡수 및 제거할 수 있고, 가시적 공해이면서 배출구 주변에 오염물질을 함유한 응축수분을 낙하시키게 되는 백연현상의 발생을 억제할 수 있으며, 압력손실도 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산성가스 처리 스크러버 시스템의 구성도 이고,
도 2는 도 1의 스크러버에서 패킹층의 구조를 확대하여 나타낸 상세도이며,
도 3은 종래의 산성가스 처리 스크러버 시스템의 구성도 이고,
도 4는 도 2의 스크러버에서 패킹층의 구조를 확대하여 나타낸 상세도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 스크러버 11 : 압축공기 공급도관
12 : 스크러버 저장조 13 : 신수 공급도관
14 : 폐가스 공급도관 15,15' : 펌프
16,16' : 제 1및 제 2 물 회송관 17 : 합류도관
18,21,24,30 : 노즐 19,22,25,31 : 분무관
20,32 : 미스트 엘리미네이터 23,26 : 패킹층
27 : 알칼리 공급도관 28 : 냉각기
29 : 냉각수 순환도관
33 : 배출도관 34 : 배기관
35 : 격벽 36 : 유출관

Claims (3)

  1. 산성가스 성분을 함유한 각종 폐가스를 기액접촉방식으로 처리하기 위한 스크러버(10), 상기 스크러버(10)에 고압의 압축공기를 공급하기 위한 압축공기 공급도관(11), 알칼리 용액이 포함되어 있지 않는 순수한 신수를 스크러버 저장조(12)로 공급하기 위한 신수 공급도관(13), 산성가스를 함유하는 폐가스를 스크러버(10)로 공급하기 위한 폐가스 공급도관(14) 및 상기 스크러버 저장조(12)의 물을 펌프(15,15')에 의해 상기 스크러버(10)로 재공급하기 위한 제 1및 제 2 물 회송관(16,16')이 각각 연결되어 있되 물 회송관(16)은 압축공기 공급도관(11)과 합류하여 한 개의 합류도관(17)으로 스크러버(10)에 연결되어 있고, 상기 스크러버 저장조(12)의 물을 펌프(15")에 의해 상기 스크러버(10)로 분기형태로 재공급하기 위한 제 3 물 회송관(16"), 상기 제 3 물 회송관(16")의 물이 약알칼리로 중화되어지도록 상기 스크러버 저장조(12)에 저온의 알칼리 성분을 공급하기 위한 알칼리 공급되관(27), 상기 제 3 물 회송관(16")의 물을 냉각시키기 위한 냉각수단(28,29) 및 상기 스크러버(10)로부터의 클린가스를 배출하기 위한 배기관(34)과 스크러버 저장조(12)로부터 물을 연속적으로 외부로 배출하기 위한 배출도관(33)이 연결되어서 구성되어진 것을 특징으로 하는 산성가스를 처리하기 위한 스크러버 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스크러버(10)는 4개의 단(A, B, C, D)으로 구성되어 있되 제 1 물 회송관(16)과 고압의 공기공급도관(11)의 합류도관(17)이 연결되어 있으며 스크러버(10) 내부로 유입되는 폐가스를 향해서 고압으로 물을 분무하기 위한 노즐(18)을 갖춘 분무관(19)이 설치되어 있고, 분무관(19)의 후방에는 미스트 엘리미네이터(20)가 배치되어 있는 제 1단(A);
    상기 스크러버 저장조(12)로부터의 제 2 물 회송관(16')이, 제 1단(A)에서 미흡수된 산성가스의 흐름과 동일 방향으로 고압으로 물을 분무하게 되는 노즐(21)을 갖춘 분무관(22)과 연결되어 있고, 이 분무관(22)의 전방에는 패킹층(23)이 배치되어 있는 제 2단(B);
    제 2단(B)의 경우와 동일하게 스크러버 저장조(12)로부터의 제 3 물 회송관(16")이 분기관의 형태로 노즐(24)을 갖춘 분무관(25)과 연결되어 있고, 분무관(25)의 전방에 패킹층(26)이 배치되어 있는 제 3단(C); 및
    제 3단(C)의 경우와 동일하게 스크러버 저장조(12)로부터의 제 3 물 회송관(16")이 분기관의 형태로 노즐(30)을 갖춘 분무관(31)과 연결되어 있고, 분무관(31)의 전방에 미스트 엘리미네이터(32)가 배치되어 있는 제 4단(D)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 산성가스를 처리하기 위한 스크러버 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 스크러버(10) 내의 패킹층(23,26) 및 미스트 엘리미네이터(20,32)은 상부층과 하부층의 2단으로 분리된 구조로 이루어져 있고, 상기 스크러버 저장조(12)는 물이 오우버플로우 될 수 있도록 격벽(35)을 가지며, 스크러버(10)로부터 물이 유출될 수 있는 유출관(36)을 갖는 것을 특징으로 하는 산성가스를 처리하기 위한 스크러버 시스템.
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