KR20060122262A - 테레프탈산 제조공정시 배기 가스 처리 스크러버 - Google Patents

Abstract

개시된 테레프탈산 제조공정시 배기가스 처리 스크러버는, 미세 먼지를 포함하는 배기가스를 침수조에 유입시키는 유입관과; 내부공간에 물이 저장되며 유입관은 침수조의 저부에 놓이는 배출공이 형성된 산기관에 연결되고, 배출공을 통해 유출되는 배기가스와 물을 접촉시켜 미세 먼지를 1차 필터링시키는 침수조와; 패킹부에 물을 공급시키는 스프레이와; 이 스프레이에서 공급된 물이 흡수된 패킹을 포함하고, 이 패킹과 침수조를 거친 배기가스를 표면 접촉시켜 배기가스에 포함된 미세 먼지를 2차 필터링시키는 패킹부와; 침수조의 상면에 형성되며 1차로 필터링된 배기가스가 패킹부에 유입되는 연결통로로, 패킹부에 유입되는 배기가스의 유속을 증가시키는 흡입부를 구비한다. 이와 같이 구성된 테레프탈산 제조공정시 배기 가스 처리 스크러버에 따르면, 미세 먼지의 제거 효율을 높이고 설치되는 장치의 공간을 최소화할 수 있다.

스크러버, 패킹, 먼지

Description

테레프탈산 제조공정시 배기 가스 처리 스크러버{A scrubber for the treatment of exhaust gas in the manufacturing of the terephthalic acid}

도 1은 도 1은 종래 PTA의 후공정을 나타낸 도면,

도 2는 종래기술에 따른 스크러버의 구조를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100... 스크러버 110... 유입관

120... 산기관 130... 침수조

140... 흡입부 150... 패킹부

160... 스프레이 170... 제어부

본 발명은 배기가스 처리 스크러버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최종 생산물인 고순도 테레프탈산(Purified Terephthalic Acid; 이하 ‘PTA’라 명명하기로 한다)의 건조공정에서 발생하는 미세먼지를 제거하기 위한 테레프탈산 제조공정시 배기가스 처리 스크러버에 관한 것이다.

일반적으로 PTA의 제조공정은 크게 산화공정과 정제공정으로 구분할 수 있다.

먼저, 산화공정은 파라 자일렌(para-Xylene)을 용매인 초산과 금속 촉매를 산화시켜 조테레프탈산(Crude Terephthalic Acid; CTA)을 제조한다.

다음으로, 산화공정에서 제조된 조테레프탈산에는 불순물이 많이 포함되어 있기 때문에, 이러한 불순물을 환원반응을 통해 제거해 주는 정제공정을 거쳐 PTA를 생산한다.

한편, 정제공정을 거친 후의 PTA는 후공정을 거쳐서 완제품으로 생산되는데, 여기서 후공정은 10~15%의 수분을 포함하는 필터 케이크(filter cake) 타입인 PTA에서 수분을 제거하는 건조공정(Drying process)과 입자가 큰 덩어리를 걸러주는 스크리닝공정(Screening process)으로 이루어진다.

도 1은 종래 PTA의 후공정을 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 종래 PTA의 후공정은 건조기(1)와 진동 스크린(Vibrating screen;2)으로 구성된다.

여기서, 도관(L1)을 통해 일정량의 수분을 함유하는 필터 케이크가 유입되면, 건조기(1)에서 필터 케이크에 함유된 수분을 제거시켜 주고, 도관(L2)를 통해 유입된 스팀과 운송가스(Carrier gas)에 의해 필터 케이크를 진동 스크린으로 이송시켜 준다.

운송가스에 의해 운송된 필터 케이크는 진동 스크린(2)에 의해 입자가 큰 덩어리는 걸러져서 도관(L3)을 통해 빠져나가고, 완제품인 PTA는 저장조(3)로 이송되 게 된다.

이때, 진동 스크린(2)에서는 분진을 포함하는 가스가 발생하는데, 도관(L4)을 외부로 배출되어 진다.

그러나, 도관(L4)을 통해 배출되는 가스에는 미세 먼지 또는 분진이 포함되어 있기 때문에 대기 오염을 유발할 위험성이 높으나, 미세 먼지를 제거시키기 위한 별도의 장치없이 외부로 배출되는 문제점이 있었다.

또한, PTA 이송용 불활성 가스의 역류로 인해 미세 먼지의 배출이 가중되어 대기 오염을 일으키는 문제점이 있었다.

한편, 배기가스 처리를 위한 기술을 특허/실용신안 상의 선행기술에서 많이 찾아볼 수 있는데, 예를 들어, 대한민국 등록공보 제250107호에 보면, 흡수탑에 집진극과 방전극으로 구성되는 집진수단을 일체로 설치하고, 이 집진수단으로 배기가스를 처리한 후에 흡수탑에서 세정하여 탈황과 먼지 처리를 하는 배연처리 방법이 개시된 바 있다.

그러나, 이와 같은 시도는 집진설비 자체가 고가의 설비이고, 설치되는 공간이 커져야만 하고, 주기적으로 집진설비의 교체를 해야만 하는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 공개공보 제1999-028134호(종래기술)에 보면, 일차로 세정작용을 거쳐 다량의 이물질을 함유한 세정수를 침전실에서 이물질을 침전시켜 상등수로 수질을 개선시켜 재차 급수시키도록 하는 침전장치가 구비된 스크러버가 개시된 바도 있다.

도 2는 종래기술에 따른 스크러버의 구조를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 종래기술에 따른 스크러버(20)는 분사노즐(25)과 집수판(28)과 침수조(22)와 저장조(23) 및 저장조(23)에 저장된 세정액을 재차 공급시켜 주는 펌프(24)로 구성되어 있다.

유입부(21)를 통하여 유입되는 유해성 입자들이 함유된 가스는 분사노즐(25)을 통해 살수되는 물에 의해 유해성 입자들이 침수조(22)에 가라 앉아 1차로 세정 과정을 거치고, 침수조(22)의 상부로 넘치는 물은 저장조(23)에 저장되어 펌프(24)에 의해 순환된다. 그리고 유해성 입자들이 제거된 가스는 배출부(27)를 통해 외부로 빠져나가게 된다.

그러나, 이와 같은 시도는 실질적으로 분사노즐에 의한 1차 세정만으로 이루어진 것으로써, 유해 입자 성분의 제거 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 미세 먼지의 제거 효율을 높이고, 설치되는 장치의 공간을 최소화할 수 있는 테레프탈산 제조공정시 배기가스 처리 스크러버에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 테레프탈산 제조공정시 배기가스 처리 스크러버는, 미세 먼지를 포함하는 배기가스를 침수조에 유입시키는 유입관; 내부공간에 물이 저장되며 상기 유입관은 상기 침수조의 저부에 놓이는 배출공이 형성된 산기관에 연결되고, 배출공을 통해 유출되는 배기가스와 물을 접촉시켜 미세 먼지를 1차 필터링시키는 침수조; 패킹부에 물을 공급시키는 스프레이; 상기 스프레이에서 공급된 물이 흡수된 패킹을 포함하고, 상기 패킹과 상기 침수조를 거친 배기가스를 표면 접촉시켜 배기가스에 포함된 미세 먼지를 2차 필터링시키는 패킹부; 상기 침수조의 상면에 형성되며 1차로 필터링된 배기가스가 상기 패킹부에 유입되는 연결통로로, 상기 패킹부에 유입되는 배기가스의 유속을 증가시키는 흡입부를 구비한다.

여기서, 상기 흡입부는 상면의 폭이 좁고 하면의 폭이 넓은 것이 바람직하다.

또한, 상기 스크러버는 상기 침전조에 저장되는 액위를 조절하기 위하여 액위를 측정하는 레벨 트랜스미터와 물의 유량을 조절하는 컨트롤 밸브 및 상기 컨트롤 밸브를 제어하는 제어기를 포함하는 제어부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크러버(100)는 유입관(110)과 산기관(120)과 침수조(130)과 흡입부(140)와 패킹부(150) 및 스프레이(160)를 구비한다.

여기서, 상기 스크러버(100)는 상기 침수조(130)에 저장되는 물의 유량을 조절하는 제어부(170)를 더 구비할 수 있다.

이하, 상기 스크러버(100)의 구조 및 동작 방법에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.

테레프탈산 제조공정시 후공정의 건조공정에서 발생하는 미세 먼지가 포함된 배기가스는 유입관(110)을 통해 침수조(130)에 유입된다.

여기서, 유입관(110)에 유입되는 배기가스의 압력은 공정 조건에 따라 변화할 수 있으나, 후술할 액위 조절에 따른 수압의 보상으로 배기가스의 압력 변동에 따른 보상이 가능하다.

상기 유입관(110)에 유입된 배기가스는 상기 침수조(130)의 저면에 놓이는 산기관(120)에 형성된 배출공(121)을 통해 유출되며, 상기 침수조(130)에 저장된 물과 배기가스는 표면 접촉하여 배기가스에 포함된 미세먼지는 1차 필터링된다.

여기서, 상기 침수조(130)에 저장되는 액위는 유입관(110)을 통해 유입되는 배기가스의 압력에 따라 조절이 가능하며, 유량 조절에 대해서는 제어부(170)에 대한 설명에서 보다 자세히 설명하도록 한다.

상기 침수조(130)에 저장된 액위에 의해 수압(水壓)이 형성되고, 이 수압은 상기 유입관(110)에 유입되는 배기가스의 압력손실로써 작용하게 된다.

따라서, 상기 유입관(110)에 유입되는 배기가스의 압력은 침전조에 형성된 수압을 극복하여 배기가스가 패킹부(150)에 흡입될 수 있도록 양압(Positive pressure)이 형성되어야 한다.

다만, 배기가스의 압력과 수압의 차가 클 경우에는 상기 침수조(130)에서 버블링(Bubbling) 현상이 발생하여 배기가스에 포함된 미세 먼지를 충분히 제거하지 못하고 흡입부(140)에 유입되는 문제가 발생할 수 있기 때문에 수압과 배기가스의 압력차가 일정하게 유지될 수 있도록 유량을 조절해야 한다.

상기 침수조(130)에서 배기가스에 포함된 미세 먼지는 1차필터링되고, 흡입부(140)를 통과하여 패킹부(150)에 유입된다.

여기서, 상기 흡입부(140)는 배기가스의 유속을 증가시키기 위해 상면의 폭이 좁고, 하면의 폭이 넓은 형상인 것이 바람직하다(도 3참조).

이는 1차적으로 물 속에서 필터링 되면서 넓은 공간으로 팽창 시 압력이 저하되므로 상부로 배기 가스가 원활히 배출되기 위해서 상면의 폭을 좁혀 유속을 증가시켜 주기 위함이다.

흡입부(140)을 통과한 배기가스는 패킹부(150)에 포함된 패킹과의 표면 접촉을 하고, 상기 패킹부(150)에서 배기가스에 포함된 미세먼지의 2차필터링이 이루어지게 된다.

여기서, 상기 패킹은 기-액 접촉시 기체에 포함되는 일정 성분을 액체에 흡수시키기 위한 내부 충전물질(Internals)의 하나로써 본 발명의 일 예에 따른 패킹 으로써는 Pall ring 타입의 알루미늄 합금(SUS316)을 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 동종의 패킹이 사용될 수 도 있다.

상기 패킹부(150)에 포함된 패킹과 배기가스가 표면접촉을 하기 위해서 스프레이를 통해 물을 공급시켜 준다. 배기가스와 접촉되는 패킹은 습식된 상태를 유지하여야 하기 때문에 스프레이를 통하여 고르게 패킹에 물을 공급하여야 한다.

한편, 전술한 바와 같이, 유입관(110)을 통해 유입되는 배기가스에 포함된 미세먼지는 침전조(130)와 패킹부(150)에서 각각 필터링되어 제거된다.

따라서, 유입되는 배기가스는 상기 침전조(130)의 수압에 의한 압력 손실과 상기 패킹부(150)에서 압력 손실이 일어나게 되며, 유입되는 배기가스의 압력은 침전조에 형성된 수압과 상기 패킹부의 압력 손실의 합보다 2~3배 정도 높게 유입되어야 한다.

배기가스의 압력이 수압과 패킹부(150)의 압력 손실의 합보다 3배 초과하게 되면 상기 침수조(130) 및 패킹부(150)에서 배기가스와 충분한 표면 접촉을 이루지 못해 미세먼지가 스크러버(100)내에서 제거되지 못하고 외부로 배출되지 못할 수 있으며, 배기가스의 압력이 수압과 패킹부(150)의 압력 손실의 합보다 2배 미만이 되면 배기가스가 외부로 배출되지 못하고 스크러버(100) 내부에 잔존하게 되어 부하가 늘어나게 될 수 있다.

그러나, 상기 유입관(110)에 유입되는 배기가스의 압력은 공정의 변화에 따라 변화되기 때문에 일정하게 유지시키기는 어려우며, 침수조에 저장된 액위를 변화시켜 수압에 의한 압력 손실을 변화시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 예에 따른 침전조(130)의 유량을 조절하는 제어부(170)는 레벨 트랜스미터(171)와 컨트롤 밸브(172) 및 컨트롤러(173)를 포함하여 구성된다.

이하, 제어부(170)에 의해 침전조의 유량을 조절하는 방법에 대해 자세히 설명하도록 한다.

전술한 바와 같이, 유입관(110)에 유입되는 배기가스의 압력은 변할 수 있으며, 만약 유입가스의 압력이 증가하여 유입될 경우에는 침전조(130)에 버블링 현상이 발생하여 액위의 변화가 있게 되며, 레벨 트랜스미터(171)에서 변화를 감지한 컨트롤러(173)에서 컨트롤 밸브(172)를 개방시켜, 침전조의 액위를 높이게 된다.

이와 같이 제어부(170)의 제어에 의해 침수조의 액위를 조절하면 유입되는 배기가스의 압력 변화를 보상할 수 있고, 안정적인 공정을 유지시킬 수 있다.

그리고, 상기 침수조(130)에 싸이드 글래스(미도시)를 설치하여 상기 침수조(130)의 내부 상태를 확인할 수 있으며, 만약, 상기 침수조(130)에 이물질이 과량으로 적체되어 있으면 상기 침수조(130)의 하부에 설치된 드레인 밸브(131)를 통해 침전조(130)에 저장된 이물질을 배출시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 테레프탈산 제조공정시 배기가스 처리 스크러버는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 미세 먼지의 제거 효율을 높이고, 설치되는 장치의 공간을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 침수조의 액위를 변화시켜 유입되는 배기가스의 압력 변화를 충분히 보상할 수 있으므로 안정적인 공정조건을 유지시킬 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (3)

1. 미세 먼지를 포함하는 배기가스를 침수조에 유입시키는 유입관;

   내부공간에 물이 저장되며 상기 유입관은 상기 침수조의 저부에 놓이는 배출공이 형성된 산기관에 연결되고, 배출공을 통해 유출되는 배기가스와 물을 접촉시켜 미세 먼지를 1차 필터링시키는 침수조;

   패킹부에 물을 공급시키는 스프레이;

   상기 스프레이에서 공급된 물이 흡수된 패킹을 포함하고, 상기 패킹과 상기 침수조를 거친 배기가스를 표면 접촉시켜 배기가스에 포함된 미세 먼지를 2차 필터링시키는 패킹부;

   상기 침수조의 상면에 형성되며 1차로 필터링된 배기가스가 상기 패킹부에 유입되는 연결통로로, 상기 패킹부에 유입되는 배기가스의 유속을 증가시키는 흡입부를 구비하는,

   테레프탈산 제조공정시 배기가스 처리 스크러버.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 흡입부는 상면의 폭이 좁고 하면의 폭이 넓은 것을 특징으로 하는,

   테레프탈산 제조공정시 배기가스 처리 스크러버.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 침전조에 저장되는 액위를 조절하기 위하여 액위를 측정하는 레벨 트랜스미터와 물의 유량을 조절하는 컨트롤 밸브 및 상기 컨트롤 밸브를 제어하는 제어기를 포함하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는,

   테레프탈산 제조공정시 배기가스 처리 스크러버.

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