KR20120033059A - 활성탄 재생장치 및 방법 - Google Patents

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KR20120033059A
KR20120033059A KR1020100094657A KR20100094657A KR20120033059A KR 20120033059 A KR20120033059 A KR 20120033059A KR 1020100094657 A KR1020100094657 A KR 1020100094657A KR 20100094657 A KR20100094657 A KR 20100094657A KR 20120033059 A KR20120033059 A KR 20120033059A
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조찬용
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은 활성탄 재생장치 및 방법에 관한 것으로, 활성탄이 충진된 다수의 흡착탑(10)과, 상기 흡착탑(10)에서 배출된 활성탄을 공급받아 열풍으로 재생시키는 재생탑(40)과, 상기 흡착탑(10)과 재생탑(40) 사이에 설치되고, 세척수 분사를 통해 상기 활성탄을 세척하는 세척탱크(20)와, 상기 흡착탑(10)에서 배출된 활성탄을 상기 세척탱크(20)를 거쳐 상기 재생탑으로 공급하는 벨트컨베이어(50,60,70)를 포함한다.
세척탱크는 세척탱크 내에 활성탄이 담기면 세척수를 고압으로 분사하여 활성탄을 세척하는 것에서 미분과 황산화물 및 염을 1차적으로 제거한다. 따라서, 재생탑 내에서 염과 미분에 의한 재생탑 막힘이 방지되어 활성탄 재생효율이 향상되는 이점이 있다.

Description

활성탄 재생장치 및 방법{Recycle system of activated carbon}
본 발명은 활성탄 재생장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제철공장에서 발생하는 배가스 중 황산화물과 질소산화물을 제거하기 위한 활성탄을 재생하여 다시 사용할 수 있도록 해주는 활성탄 재생장치에 관한 것이다.
발전소, 소각장, 제철소의 소결공장 등에서 발생되는 배가스에는 질산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등의 다양한 오염물질이 함유되며, 배가스 중에 함유된 오염물질은 산업발전의 영향으로 그 발생량이 증가하고 있다.
본 발명의 목적은 활성탄의 미분과 이물질 및 염을 제거함으로써 재생탑 막힘 현상을 방지하고, 이로써 활성탑 재생의 균일성과 효율을 향상시킬 수 있도록 한 활성탄 재생장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 활성탄이 충진된 다수의 흡착탑과; 상기 흡착탑에서 배출된 활성탄을 공급받아 열풍으로 재생시키는 재생탑과; 상기 흡착탑과 재생탑 사이에 설치되고, 세척수 분사를 통해 상기 활성탄을 세척하는 세척탱크와; 상기 흡착탑에서 배출된 활성탄을 상기 세척탱크를 거쳐 상기 재생탑으로 공급하는 벨트컨베이어를 포함한다.
상기 세척탱크는 내부에 세척수가 채워지고, 양측벽과 바닥에 상기 세척탱크 내로 세척수를 분사하는 세척수 분사노즐이 설치되며, 바닥 일측에는 폐수배출관이 설치되고, 상기 세척수 분사노즐과 상기 폐수배출관에 각각 공급밸브와 배출밸브가 설치된다.
상기 세척탱크는 양측벽과 바닥에 상기 세척탱크 내로 공기를 분사하는 공기 분사노즐이 더 설치된다.
상기 벨트컨베이어는 상기 흡착탑의 하부로부터 상기 세척탱크까지 활성탄을 이송하는 전방벨트컨베이어와, 상기 전방벨트컨베이어로부터 활성탄을 넘겨받아 상기 세척탱크의 세척수에 잠긴 상태로 활성탄을 이송하는 중간벨트컨베이어와, 상기 중간벨트컨베이어로부터 활성탄을 넘겨받아 상기 재생탑으로 이송하는 후방벨트컨베이어로 이루어진다.
상기 중간벨트컨베이어는 활성탄을 받치는 부분이 망 형태로 이루어진다.
흡착탑과 재생탑 사이에 설치된 세척탱크에 세척수를 채우고, 상기 세척수에 상기 흡착탑으로부터 배출된 활성탄을 담근 후, 상기 세척탱크 내로 세척수를 분사하여 상기 활성탄을 세척하는 단계; 상기 활성탄의 세척 후, 상기 세척탱크에서 상기 활성탄을 꺼내어 상기 재생탑으로 공급하여 열풍으로 재생시키는 단계를 포함한다.
상기 세척수는 상기 활성탄 1ton당 0.7~0.9ton이 사용된다.
본 발명은 세척탱크에 세척수를 채우고, 세척수에 흡착탑으로부터 배출된 오염된 활성탄을 담근 후 세척탱크 내로 세척수를 고압으로 분사하여 활성탄을 세척하는 것에서 미분과 황산화물 및 염을 1차적으로 제거할 수 있게 된다.
또한, 고압으로 분사되는 세척수는 활성탄 내 깊은 부분에 점착된 염까지 제거한다.
따라서, 재생탑 내에서 염과 미분에 의한 재생탑 막힘이 방지되어 재생탑에서의 열재생시 안정적이고 높은 재생효율을 얻을 수 있다. 이는 흡착탑과 재생탑을 이용한 활성탄 재생장치의 운용 비용을 크게 절감시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 활성탄 재생장치 및 방법의 바람직한 실시예를 보인 모식도.
도 2는 A-A'선의 단면도로서, 본 발명의 주요 구성인 세척탱크의 구성도.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 활성탄 재생장치는, 활성탄이 충진된 다수의 흡착탑(10)과, 흡착탑(10)에서 배출된 활성탄을 공급받아 열풍으로 재생시키는 재생탑(40)과, 흡착탑(10)과 재생탑(40) 사이에 설치되고 세척수 분사를 통해 활성탄을 세척하는 세척탱크(20)와, 흡착탑(10)에서 배출된 활성탄을 세척탱크(20)를 거쳐 재생탑(40)으로 공급하는 벨트컨베이어를 포함한다. 세척수는 중성의 물이다.
배가스 중에 함유된 황산화물은 질산화물과 더불어 산성비의 주요 원인일 뿐만 아니라 광학 스모그를 유발시키는 주요 대기오염물질이므로 배가스에서 이러한 오염물질들을 제거한 후 대기로 배출해야만 한다.
배가스는 활성탄이 여러 층으로 분할 충진된 흡착탑(10)을 하부에서 상부로 통과하면서 정화 처리가 이루어진다. 배가스 중 황산화물(SOx)은 활성탄에 직접 흡착되고 질소산화물(NOx)은 암모니아(NH3)를 환원제로 사용하여 활성탄에 흡착된다.
흡착탑(10)의 하단에는 배출구(11)가 마련되어 질소산화물 및 황산화물을 흡착한 활성탄이 배출된다. 배출구(11)에는 좌우로 흔들리는 쉐이크패널(shake pannel)(미도시)이 설치되어 활성탄이 배출구(11)로 쏟아져 내리지 않고 일정량씩 배출될 수 있도록 된다.
흡착탑(10)으로부터 재생탑(40)까지의 활성탄의 이송은 벨트컨베이어에 의해 이루어진다. 벨트컨베이어는 흡착탑(10)의 하부로부터 세척탱크(20)까지 설치된 전방벨트컨베이어(50)와, 전방벨트컨베이어(50)로부터 활성탄을 넘겨받아 세척탱크(20)에 담겨진 세척수의 내부로 활성탄을 이송시키면서 세척하는 중간벨트컨베이어(60)와, 상기 중간벨트컨베이어(60)로부터 활성탄을 넘겨받아 재생탑(40)으로 이송 공급하는 후방벨트컨베이어(70)로 이루어진다.
중간벨트컨베이어(60)는 활성탄을 받치는 부분이 망(51) 형태로 이루어진다. 세척탱크(20)에 담긴 세척수의 내부를 통과하도록 설치된 중간벨트컨베이어(60)는 좌우 폭방향에 있어 양측 단부를 제외한 나머지 부분이 망 형태로 이루어진다. 망 형태는 활성탄 이송시 발생하는 미분을 제거하기 위한 것이다. 망의 그물눈 크기는 활성탄의 크기보다 작아서 활성탄이 중간벨트컨베이어(60)의 하부로 빠지지 않도록 되어 있다.
세척탱크(20)는 활성탄을 재생탑(40)으로 공급하기 전 활성탄의 미분과 이물질 및 배가스 처리 과정 중 생성되었던 염(질소산화물, 황산화물)을 1차적으로 제거하기 위한 것이다.
세척탱크(20)는 내부에 세척수가 채워지고, 양측벽과 바닥에 세척탱크(20) 내로 고압의 세척수를 분사하는 복수의 세척수 분사노즐(21)이 설치된다. 세척수 분사노즐(21)은 강한 수압으로 세척수를 분사하여 활성탄에 흡착된 이물질 및 황산화물과 질소산화물을 제거한다. 또한, 세척탱크(20) 내부에 채워진 세척수는 활성탄에 흡착되어 있는 고농도의 황산화물을 SO4 2-형태로 흡수시켜 제거한다.
복수의 세척수 분사노즐(21)은 세척수 공급탱크(24)와 연결된 세척수 분사 파이프(23)와 연통되게 연결된 구조를 갖는다. 세척탱크(20)의 바닥 일측에는 폐수 배출을 위한 폐수배출관(25)이 설치되고, 세척수 분사노즐(21)과 상기 폐수배출관(25)에는 각각 세척수 주입량과 폐수 배출량을 조절하기 위한 공급밸브(27)와 배출밸브(29)가 설치된다.
또한, 세척탱크(20)는 양측벽과 바닥에 세척탱크(20) 내로 공기를 분사하는 공기 분사노즐(21)이 더 설치된다. 공기 분사노즐(21)은 세척탱크(20) 내에 고압의 공기를 주입하여 활성탄의 세척효율을 극대화 한다.
재생탑(40)은 활성탄에서 황산화물을 탈착시켜 활성탄의 흡착능력을 복원하는 장치이다. 재생탑(40)은 활성탄에 열풍을 통과시켜 황산화물을 활성탄에서 탈착시키는 것을 기본 원리로 한다.
재생탑(40)에서 재생된 활성탄은 흡착탑(10)에 충진시켜 황산화물을 흡착 제거하는데 재사용되며, 활성탄에서 탈착된 황산화물은 황산화물 회수장치에서 회수하여 황산 제조에 사용한다. 재생탑(40)과 흡착탑(10)의 사이에도 활성탄을 흡착탑(10)으로 이송하기 위한 공급벨트컨베이어(80)가 설치된다.
활성탄 재생장치를 이용한 활성탄 재생방법은, 흡착탑(10)과 재생탑(40) 사이에 설치된 세척탱크(20)에 세척수를 채우고, 상기 세척수에 흡착탑(10)으로부터 배출된 활성탄을 담근 후, 세척탱크(20) 내로 고압의 세척수를 분사하여 활성탄을 세척한다. 세척수의 분사시 공기의 분사가 동시에 진행된다. 활성탄의 세척 후에는 세척탱크(20)에서 상기 활성탄을 꺼내어 재생탑(40)으로 공급하여 열풍으로 재생시킨다.
세척수는 활성탄 1ton당 0.7~0.9ton이 사용된다. 세척수는 활성탄 1ton당 0.7ton 미만으로 사용되면 활성탄의 염이 완벽하게 제거되지 않기 때문에 재생탑(40)에서의 열 재생시 높은 재생효율을 갖기 어렵고 재생탑(40) 내에서 염에 의한 막힘 현상이 발생될 수 있다. 또한, 활성탄 1ton당 0.9ton을 초과하면 그 효과가 포화되므로 원가절감 차원에서 바람직하지 않다. 여기서, 활성탄 1ton당 사용되는 세척수의 양은 폐수배출관(25)을 통해 배출된 폐수의 이온농도를 측정하여 산출된다.
이하 본 발명의 작용을 설명한다.
흡착탑(10)의 하부로 배출된 오염된 활성탄은 전방벨트컨베이어(50)에 의해 세척탱크(20)로 운반된다.
활성탄은 전방벨트컨베이어(50)로부터 중간벨트컨베이어(60)로 옮겨지고, 중간벨트컨베이어(60)는 활성탄을 세척탱크(20)에 담겨진 세척액 속으로 잠겨지도록 한 상태에서 설정시간 유지 후 후방으로 이송한다.
활성탄은 세척탱크(20)에 잠겨진 상태에서 세척탱크(20)의 양측벽과 바닥에서 분사되는 고압의 세척수 및 공기에 의해 세척되어 오염물이 1차적으로 제거된다.
활성탄이 세척되어 오염물이 1차적으로 제거되면, 중간벨트컨베이어(60)는 활성탄을 후방벨트컨베이어(70)로 전달하고, 상기 후방벨트컨베이어(70)는 활성탄을 재생탑(40)으로 공급하여 버너의 연소열로 고열 재생을 실시한다.
재생탑(40)에서 재생된 활성탄은 재생탑(40)과 흡착탑(10) 사이에 설치된 공급벨트컨베이어(80)를 통해 흡착탑(10)으로 공급되고, 흡착탑(10)의 상부에 마련된 투입구(13)를 통해 흡착탑(10)의 내부로 재공급된다.
이와 같이 활성탄은 피독과 재생의 순환과정을 거치게 된다.
세척탱크에서의 오염물 제거 과정은 다음과 같다.
먼저, 활성탄이 중간벨트컨베이어(60)를 타고 세척수 내를 이동하는데, 상기 중간벨트컨베이어(60)는 양측 부분을 제외하고는 망(51) 형태로 이루어져 있어서, 활성탄 덩어리는 망(51)의 상부에 남아 이동하고, 미분(활성탄이 벨트컨베이어, 이송호퍼 등을 매개로 이동하고, 재생탑이나 흡착탑으로 공급 및 배출될때 외부로부터의 진동 및 충격, 상호간의 충돌에 의해 부서져 미분이 발생한다.)은 상기 망(51)의 하부로 배출되어 세척탱크(20)의 바닥면쪽에 가라앉게 된다.
또한, 활성탄에 흡착되어 있는 고농도의 황산화물은 세척수에 SO4 2- 의 형태로 흡수되어 제거된다.
또한, 활성탄에 흡착되어 있는 질소산화물과 황산산화물은 강한 수압으로 분사되는 세척수 및 공기에 의해 제거된다. 강한 수압으로 세척수 및 공기를 분사하면 활성탄의 표면 및 내부 깊숙한 곳에 붙어 있는 질소산화물과 황산화물 및 각종 오염물이 제거된다.
특히, 흡착탑(10)에서 질소산화물 제거를 위해 환원제로 사용된 암모니아가스가 황산가스 및 질산가스와 반응하여 생성된 염(NH4SO2 등)이 활성탄으로 부터 효과적으로 제거된다.
상기와 같이 활성탄으로부터 미분과 이물질 및 염이 제거됨으로써 이들에 의한 재생탑(40) 막힘 현상이 해소된다.
염은 재생탑(40) 내부에서 점착물질로 작용하여 미분과 결합하여 더욱 크고 단단한 막음 물질을 형성함으로써 재생탑(40) 막힘 현상을 더욱 강화하였는데, 상기와 같이 세척수 및 공기의 고압 분사에 의해 활성탄으로부터 염이 제거됨으로써 재생탑의 막힘 현상을 보다 확실하게 방지할 수 있게 된다.
따라서, 재생탑(40) 내에서 고온의 연소가스가 전체적으로 균일하게 이동할 수 있게 되므로 활성탄의 재생이 균일하게 이루어짐으로써 활성탄 재생 효율이 향상된다.
한편, 세척수에 의한 활성탄 세척공정이 진행됨에 따라 활성탄으로부터 SO4 2- 이 지속적으로 흡수되므로 세척수의 산도는 점차 증가한다.
즉, 세척수에 의한 활성탄 세척공정이 진행됨에 따라 세척수의 pH 값이 점차 감소하게 되는데, 세척수의 pH가 1.5 이하로 낮아질 경우 설비부식이 초래되고, 세척탱크(20)에 들어온 활성탄이 역으로 더 오염되는 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 세척탱크(20) 내로 분사되는 세척수의 양에 비례하여 세척수가 폐수배출관(25)으로 배출되도록 배출밸브(29)를 개방한다. 따라서, 세척탱크(20)의 내부로 깨끗한 세척수가 공급되고, 오염된 폐수는 집수조(90)로 배출됨으로써 세척탱크(20) 내 세척수의 산도는 일정 수준 이하(중성에 가까운 방향)로 유지할 수 있다.
한편, 배출밸브(29)가 개방되어 폐수가 집수조(90)로 배출될 때 망(51)의 하부로 가라앉아 있던 미분도 동시에 배출된다. 황산과 미분을 포함한 폐수는 별도의 침전조와 중화시설을 거쳐 폐수는 중화 배출되고, 침전조의 미분은 수거되어 재활용될 수 있다.
아래의 표 1은 세척탱크에서 오염된 활성탄을 세척한 결과를 나타낸 것이다.
세척수는 5분 동안 4L를 분사하였다. 1회 세척수 이온농도는 활성탄 세척과정에서 폐수배출관을 통해 집수조로 배출된 세척수의 이온농도를 측정한 것이고, 2회 세척수 이온농도는 1회 세척된 활성탄을 재세척하여 폐수배출관을 통해 집수조로 배출된 세척수의 이온농도를 측정한 것이다.
오염된 활성탄은 흡착탑에서 배출된 활성탄이다.
구분 1회 세척수 이온농도
(ppm)		 2회 세척수 이온농도
(ppm)
활성탄 5kg을 세척탱크에서
5분 동안 체류
 SO4 2- 5553.8 566.06
NH4+ 132.13 22.30
표 1에 의하면, 세척탱크를 통한 활성탄의 1회 세척만으로도 활성탄에 흡착된 황산화물과 염이 대부분 제거됨을 알 수 있다.
이를 통해 세척탱크에 세척수를 채우고, 세척수에 흡착탑으로부터 배출된 활성탄을 담근 후 세척탱크 내로 세척수를 고압으로 분사하여 상기 활성탄을 세척하는 것에서 재생탑에서의 열재생시 안정적이고 높은 재생효율을 얻을 수 있을 뿐 아니라 활성탄 재생탑 내에서 염에 의한 막힘현상도 방지할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
10:흡착탑 11:배출구
13:투입구 20:세척탱크
21:세척수 분사노즐 23:세척수 분사파이프
24:세척수 공급탱크 25:폐수배출관
27:공급밸브 29:배출밸브
31:공기 분사노즐 40:재생탑
50:전방벨트컨베이어 51:망
60:중간벨트컨베이어 70:후방벨트컨베이어
80:공급벨트컨베이어 90:집수조

Claims (7)

  1. 활성탄이 충진된 다수의 흡착탑과;
    상기 흡착탑에서 배출된 활성탄을 공급받아 열풍으로 재생시키는 재생탑과;
    상기 흡착탑과 재생탑 사이에 설치되고, 세척수 분사를 통해 상기 활성탄을 세척하는 세척탱크와;
    상기 흡착탑에서 배출된 활성탄을 상기 세척탱크를 거쳐 상기 재생탑으로 공급하는 벨트컨베이어를 포함한 것을 특징으로 하는 활성탄 재생장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 세척탱크는
    내부에 세척수가 채워지고,
    양측벽과 바닥에 상기 세척탱크 내로 세척수를 분사하는 세척수 분사노즐이 설치되며,
    상기 바닥 일측에는 폐수배출관이 설치되고,
    상기 세척수 분사노즐과 상기 폐수배출관에 각각 공급밸브와 배출밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 활성탄 재생장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 세척탱크는
    상기 양측벽과 바닥에 상기 세척탱크 내로 공기를 분사하는 공기 분사노즐이 더 설치된 것을 특징으로 하는 활성탄 재생장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 벨트컨베이어는
    상기 흡착탑의 하부로부터 상기 세척탱크까지 활성탄을 이송하는 전방벨트컨베이어와,
    상기 전방벨트컨베이어로부터 활성탄을 넘겨받아 상기 세척탱크의 세척수에 잠긴 상태로 활성탄을 이송하는 중간벨트컨베이어와,
    상기 중간벨트컨베이어로부터 활성탄을 넘겨받아 상기 재생탑으로 이송하는 후방벨트컨베이어로 이루어진 것을 특징으로 하는 활성탄 재생장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 중간벨트컨베이어는 활성탄을 받치는 부분이 망 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 활성탄 재생장치.
  6. 흡착탑과 재생탑 사이에 설치된 세척탱크에 세척수를 채우고, 상기 세척수에 상기 흡착탑으로부터 배출된 활성탄을 담근 후, 상기 세척탱크 내로 세척수를 분사하여 상기 활성탄을 세척하는 단계;
    상기 활성탄의 세척 후, 상기 세척탱크에서 상기 활성탄을 꺼내어 상기 재생탑으로 공급하여 열풍으로 재생시키는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 활성탄 재생방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 세척수는 상기 활성탄 1ton당 0.7~0.9ton이 사용되는 것을 특징으로 하는 활성탄 재생방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103539117A (zh) * 2013-10-21 2014-01-29 徐州天正活性炭厂 一种活性炭连续洗涤和干燥的装置
KR101401331B1 (ko) * 2012-09-05 2014-06-02 주식회사 블랙에너지 고압공기세척을 이용한 목탄의 인수치 저감방법
KR102621675B1 (ko) 2022-12-02 2024-01-04 한경국립대학교 산학협력단 휘발성 유기화합물의 활성탄 흡착 시스템 및 활성탄 열재생 방법

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