KR20100029430A - 가변형 다단 충돌 및 응축식 산 가스 세정장치 - Google Patents

Abstract

1. 본 발명은 배기가스내의 산 성분을 충돌, 응축에 의하여 제거하는 장치로, 더욱 구체적으로는 가스가 다공판 및 냉각수 튜브를 통과하며 입경이 큰 분진입자는 충돌에 의해 1차 제거되고, 유동상 구역에서 냉각수에 의한 응축효과를 만들어 산 가스가 흡수액에 흡수 제거되는 성능을 향상시킨 장치이다.

2. 본 발명은 종래의 스크러버와 달리 다공판의 가스 통과 유속이 일정하도록 슬라이딩식 제어판을 설치하여 다변하는 풍량변화에도 산 가스 제거 효율이 일정하게 유지되며 다공판 하부에 청소 노즐을 부착하여 차압상승등의 문제점을 해결할 수 있도록 고안된 장치이다.

3. 본 발명은 다단 유동상층중에서 상단의 유동상층에 알칼리계 흡수액을 공급함으로써 하부 유동상에서 미처 제거되지 못한 저농도의 산 가스가 알칼리흡수액과 한번 더 반응함으로써 세정장치의 효율을 극대화 시킨 장치이다.

산 가스, 세정장치, 유동층, 가변형, 스크러버, 응축, 세정, 집진

Description

가변형 다단 충돌 및 응축식 산 가스 세정장치 {Variable Multi-Stages Impact-Condensation Acid Gas Scrubbing System}

본 발명은 산 가스를 처리하기 위한 세정장치이다.

종래의 산 가스 제거 장치 기술로는 세정법, 충진탑, 플레이트 컬럼, 기포탑 등이 있으나 세정법은 스크러버내 스케일이 생기고 장치 내 막힘 현상이 발생하며, 충진탑은 유속이 빨라지면 액체가 범람하게 되어 조작이 불가능 하는 등의 문제점이 있다. 그 외의 방법도 경제성, 설치공간, 연속운전등을 전부 고려하여 만족시킬만한 결과를 내지 못하고 있다.

본 발명은 유동상층을 이용한 가변형 산 가스 세정장치에 관한 것이다. 좀더 자세하게는 4각동체 하부에서 가스가 수직통로를 통해 다단 유동상층을 통과한다. 다단 유동상층 저면에 공극 개수의 조절이 가능하도록 다공판 하부에 제어판을 설치하여 인입되는 산 가스의 동압을 일정하게 유지하고 이를 이용하여 액체가 다공판 하부 로 흐르지 않고 교반되어 작용하여 배기가스에 함유된 산성분을 세정하고 다공판 및 냉각수 튜브에 충돌 시켜서 가스에 함유된 분진도 함께 제거 할 수 있다.

본 발명은 산 가스 제거를 위하여 4각동체 내부에 설치된 유동상층을 가스가 수직으로 인입 시 유동상층 아래의 다공판에 슬라이딩식 제어판을 추가로 설치, 가스의 유속을 일정하게 유지하여 유동상층의 액체가 하부로 흐르지 않게 한다. 스크러버 상단에서는 인입된 가스가 깨끗한 알칼리계흡수액과 접촉하여 흡수로 인한 산 가스 제거 효율을 증대 시키며, 냉각수 튜브와 접촉하여 가스의 온도저하로 산 가스의 흡수 반응을 극대화하여 제거 효율을 높이기 위한 것이다.

4각동체(1)의 내부에 형성되는 배기가스 수직통로(2)에 다단으로 유동상층(3)을 형성한다. 이를 형성하기 위하여 각 단의 유동상층(3) 저면에 다공판(6)을 설치한다. 다공판(6)에 기공율을 비교적 작게 한 무수한 배기가스 공극(19)을 뚫고, 이때 배기가스의 유속을 어느정도 이상 크게 유지하여 유동상층(3)의 흡수액이 다공판(6)에 뚫은 배기가스 공극(19)을 통하여 다공판(6)의 하부로 흘러내리지 못하도록 한다. 이때 배기가스의 유량을 변화하면 가스유속이 일정하게 유지되지 못해 유동층형성에 영향을 주게 되어 산 가스 처리 효율이 떨어지는 것을 고려하여 다공판(6) 밑에 슬라이딩식 제어판(18)을 설치하여 유량의 변화에 관계없이 일정하게 유속을 유지하도록 한다. 그리고 유동상층(3)에는 냉각수 튜브(7)를 설치하여 산 가스 온도를 낮추어 배기가스의 물에 대한 용해도를 증가시켜 효율적으로 산 가스를 처리 할 수 있게 하며 상부의 유동상층(3)에서는 알칼리계 흡수액(13)을 공급하여 하단의 유동상층(3)에서 완벽하게 제거되지 못한 저 농도의 산 가스를 완벽하게 제거하여 산 가스 제거효율을 극대화한다. 각 다공판(6) 하부에 청소용 노즐을 부착하여 먼지등 입자상 물질에 의해 공극(19)이 막혀서 차압이 상승하는 경우 다공판(6)을 청소하도록 한다. 최 상부 유동상층(3)의 상부에 일정간격을 두고 물방울 제거장치(9)를 설치하여 최 상부 물유동상층(3)에서 발생되어 배기가스중에 함유된 물방울을 제거 후 대기로 방출한다. 여기에서 물방울 제거장치(9)는 3차원 구조의 여러장으로 조합된 패드를 카세트 타입으로 제작, 설치하여 청소가 용이하도록 한다.

이와 같이 구성된 본 발명은 스크러버로 인입되는 가스 내의 산 가스를 세정을 통하여 제거하는 장치로 다음과 같은 여러가지의 효과를 갖는다.

1. 불안정한 운전상태에서 세정성능 안정화

본 발명의 가변형 다단 충돌 및 응축식 산 가스 세정장치는 각 유동상층(3) 다공판(6) 위에 일정한 높이의 유동상층(3)을 형성한다. 여기에 물의 유입량과 배출량이 매우 적기 때문에 거의 고정적인 유동상층(3)을 유지하게된다. 이때 인입되는 배기가스의 유입속도 및 분포가 균일해야 안정적인 유동상층(3)을 형성할 수 있고 이것은 일반적인 다단유동상층(3)에서는 매우 중요한 문제로 다변하는 유량으로 인 해 유속이 불안정할 경우 시스템의 성능에 미치는 영향이 매우 크게된다. 따라서 본 발명의 가변형 다단충돌 및 응축식 산 가스 세정장치의 경우 슬라이딩식 제어판(18)을 이용하여 공극(19)개수조절로 공극(19)을 통과하는 유속을 일정하게 유지하도록하여 비교적 안정적인 유동상층(3)을 형성할 수 있어 불안정한 운전상태에서도 산 가스 세정장치의 성능을 안정화 하여 세정시스템의 신뢰를 향상시킨다.

2. 산 가스의 완벽한 제거

본 발명의 유동상층(3)은 표면적이 큰 포말이 형성되고, 또한 산 가스가 냉각되어 용해도를 증가시켜 산 가스 흡수능력을 증가시킨다. 하부의 유동상층(3)은 인입가스의 흡수액로 순환수(15)를 분무하여 유동상층(3)을 형성하고 있으나 상부의 유동상층(3)은 종래의 판형 스크러버와 달리 알칼리계 흡수액(13)을 분무하여 유동상층(3)을 형성하므로 하부에서 처리되지 못한 산 가스를 상부에서 완벽히 처리한다. 산 가스는 유동상층(3) 이외에도 분무된 흡수액과 한번 더 만나 반응하므로 완벽한 제거 효율을 보인다.

3. 고형물질 함유가스에 효율적.

본 발명은 일반적으로 고형물은 물에 함침 되면 매우 끈적한 상태가 되어 일반 충진재(패킹)은 곧바로 막히는 현상을 수반하게 되어 급격하게 스크러버의 효율을 저하시킨다. 그러나 본 발명은 패킹이 없으므로 효율과 압력손실이 일정하고, 다공판(6)의 하부에 청소 노즐을 설치하여 유지 보수가 간편하다.

4. 물 소비량 적음.

본 발명은 고온의 가스가 4각동체(1)의 내부로 인입되면서 온도가 낮아져 응축으로 인한 수증기가 생겨 물이 회수 되므로 증발량이 상대적으로 적어 물 소비량이 적다.

5. 처리용량에 비해 크기가 작음.

본 발명의 4각동체(1)의 내부로 인입된 가스는 통과유속이 보통 2.5m/s 이므로 일반적으로 사용된 1 m/s전후 보다 빠르므로 스크러버의 크기가 매우 작아 설치면적이 작다.

6. 여러 가지 문제 처리 가능.

본 발명은 산 가스 제거 장치이나 가스내에 함유된 일부의 분진이 다공판(6)등에 충돌하고 가스내 수증기 응축으로 인하여 처리가 가능하고, 고온의 인입가스는 유동상층(3)을 지나 상부로 올라가는 동안 가스의 온도가 저하되어 대기로 배출되므로 백연도 짧아진다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 4각동체(1)의 하부에서 인입된 가스가 수직통로(2)에 설치된 최하부 다공판(6)의 공극(19)을 통하여 수직 상승하면서 각단의 유동상 층(3)을 차례로 통과한 다음 최상단의 유동상층(3)과 일정간격을 두고 설치된 물방울 제거장치(9)를 거쳐 최종적으로 배기가스가 연통(12)을 통하여 대기중으로 방출된다.

4각동체(1)로 인입된 배기가스가 다공판(6)의 공극(19)을 고속으로 통과하면서 다공판(6)위에 유동상층(3)을 형성하는데 다공판(6)의 하부에 슬라이딩식 제어판(18)을 설치하여 일정한 유속을 유지하여, 분무되는 액체가 공극(19)을 통하여 하부로 떨어지지 않고 유동상층(3)을 형성할 수 있도록하고, 유동상층(3) 액면의 저하와 상승을 방지하여 통과유속과 압력손실을 일정하게 유지한다. 하부의 유동상층(3)은 저장탱크에 저장된 순환수(15)를 펌프로 끌어올려 다공판(6)위에 분무하여 통과하는 가스로 하여금 유동상층(3)을 형성하여 1차로 산성분을 제거 하고 상부에서는 알칼리계 흡수액(13)을 분무하여 유동상층(3)을 만들어 하부에서 미처 제거되지 못한 저농도의 산 가스를 제거한다. 이와 같이 형성된 유동상층(3) 내에 열교환기의 수평급수 전열관 냉각수 튜브(7)를 설치하여 배기가스가 냉각되어 용해도를 증가시켜 물유동상층(3)에 산 성분이 보다 잘 용해 될 수 있게한다. (표 1.)

고온의 인입가스가 저온의 액체와 접촉하여 냉각되면서 유입가스 내 수증기가 응축하여 각각 유동상층(3)의 물 체류량이 증가하게된다. 이렇게 증가된 유동상층(3)에서 물의 체류량과 수면의 높이를 일정하게 유지하기 위하여 유출구(5)를 유동상층(3)의 수면에 설치하고, 유출구(5)를 통과한 연결배관을 통하여 4각동체(1) 아래의 저장탱크로 이동하게 된다. 저장탱크는 상단의 유동상층(3)에 스프레이 되었던 알칼리 흡수액(13)과 하단의 유동상층(3)에서 다량의 산 가스를 흡수한 산용액이 저장탱크로 모여 중화된 후 다시 하단의 유동상층(3)으로 순환, 분무되어 유동상층(3)을 이룬다. 유동상층(3)의 높이는 유출구(5)의 높이에 따라 조절된다.

가스내에 형성된 물방울은 일부의 미세먼지를 포집하고 수증기는 미세먼지를 감싸고 크기를 키우면서 응축한다. 최상부의 유동상층(3) 상부에 일정 간격을 두고 물방울 제거장치(9)를 설치하여 각단의 유동상층(3)을 통과한 가스 중에 함유된 물방울을 제거시킨다. 물방울을 제거함으로 겨울에 보이는 굴뚝에서 온도차에 의한 백연이 감소한다. 여기에서 물방울 제거장치(9)는 요구효율에 맞추어 여러 장 조합이 가능한 3차원 물방울 제거장치로 HCl과 같이 미세한 안개를 발생시키는 산 가스 처리 등에도 적합하며 카세트 타입으로 제작되어 청소 및 유지, 보수가 용이하다.

참고 : Robert H Perry, Perry's Chemical Engineers' Handbook (Sixth Edition) pg.3-100, table.3-120

도1 은 본 발명의 예시 종단면도.

도2 는 본 발명의 다공판 상세도.

도3 은 본 발명의 설치도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 4각 동체 2 : 가스수직통로

3 : 유동상층 4 : 냉각수 유입배관

5 : 물탱크 연결 유출구 6 : 다공판

7 : 냉각수 튜브 8 : 가스 인입구

9 : 물방울 제거장치 (Mist Eliminator)

10 : 냉각수 연결배관 11 : 냉각수 유출배관

12 : 연통 13 : 알칼리계 흡수액

14 : 기타 물질 유출구 15: 순환수

16 : 상부 다공판 청소수 유입배관 17 : 하부 다공판 청소수 유입배관

18 : 제어판 19 : 공극

Claims (5)

1. 4각동체(1)의 내부에 형성되는 배기가스 수직통로(2)에 무수한 배기가스 공극(19)을 뚫은 다공판(6)을 다단으로 설치하여 가스를 일정한 속도를 유지하여 통과시켜 유동상층(3)을 형성하는 것에 있어서, 고온의 배기가스가 저온의 흡수액과 접촉하며 가스내 수분이 응축되고, 가스와 알칼리계 흡수액(13)의 직접접촉으로 배기가스에 함유된 산성분을 효율적으로 처리할 수 있게 하며, 다공판(6) 하부에 슬라이딩식 공극(19) 제어판(18)을 설치하여 각종 변화에 대처 가능하며, 최 상부에 물방울 제거장치(9)를 설치하여 배기가스내의 물방울을 제거시키게 한 산 가스 세정장치.
2. 청구항 1에 있어서, 다공판(6) 저면에 슬라이딩식의 공극(19) 제어판(18)을 설치하여 급격한 풍량의 변화에도 적용 가능한 가변형 산 가스 세정장치.
3. 청구항 1에 있어서, 입입된 가스는 유동상층(3)에서 교반되는데 유동상층(3)내의 액체는 하부의 경우 순환수(15)를 분무함으로써 유동상층(3)을 형성하여 산 가스를 1차로 제거하고, 상부의 유동상층(3)의 경우 알칼리계 흡수액(13)을 분무하여 형성함으로써, 가스내 산 성분과 알칼리계 흡수액(13)이 직접 접촉하여 산 가스를 완벽 히 제거하도록 반응을 높인 산 가스 세정장치.
4. 청구항 1에 있어서, 입입된 가스는 유동상층(3)에서 교반되는데 유동상층(3)내의 액체는 하부의 경우 순환수(15)를 분무함으로써 유동상층(3)을 형성하여 산 가스를 1차로 제거하고, 상부의 유동상층(3)의 경우 알칼리계 흡수액(13)을 분무하여 형성함으로써, 가스내 산 성분과 알칼리계 흡수액(13)이 직접 접촉하여 산 가스를 완벽히 제거하도록 반응을 높인 산 가스 세정장치.
5. 청구항 1에 있어서, 각 다공판(6) 하부에 청소노즐을 부착하여 먼지등 입자상 물질에 의해 공극(19)이 막혀서 차압이 상승하는 경우 다공판(6) 및 공극(19)을 청소 가능하도록 한 산 가스 세정장치.

Images