KR20130002125A - 석회석 소성로를 이용한 폐냉매 처리방법 - Google Patents

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Abstract

석회석 소성로를 이용한 폐냉매 처리방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 석회석 소성로를 이용한 폐냉매 처리방법은, 폐냉매와 수증기가 소성로에 공급되는 단계; 상기 소성로에서 폐냉매와 수증기가 가열되면서 폐냉매가 분해되는 단계; 상기 소성로에서 발생된 배기가스가 집진기로 배출되어 배기가스에 포함된 분진이 포집되는 단계; 및 상기 집진기에서 분진이 포집된 배기가스가 후처리 장치로 배출되는 단계를 포함할 수 있다.

Description

석회석 소성로를 이용한 폐냉매 처리방법{USED REFRIGERANT TREATMENT METHOD USING LIMESTONE CALCINATION FURNACE}
본 발명은 회수된 폐냉매를 경제적으로 처리할 수 있는 석회석 소성로를 이용한 폐냉매 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉난방 시스템은 건물, 차량, 냉난방기 등에 적용될 수 있다. 냉난방 시스템에는 냉매가 수용되어 있다. 건물이 철거되거나 차량 및 냉난방기가 폐기될 경우 냉난방 시스템에서 폐냉매가 회수될 수 있다. 폐냉매는 회수장치에 의해 저장탱크에 저장될 수 있다. 저장탱크에 저장된 폐냉매는 과열 수증기 처리 방법, 플라즈마 처리 방법, 액체 주입 방법 등 다양한 방법에 의해 처리될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 회수된 폐냉매를 경제적으로 처리할 수 있는 석회석 소성로를 이용한 폐냉매 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 폐냉매와 수증기가 소성로에 공급되는 단계; 상기 소성로에서 폐냉매와 수증기가 가열되면서 폐냉매가 분해되는 단계; 상기 소성로에서 발생된 배기가스가 집진기로 배출되어 배기가스에 포함된 분진이 포집되는 단계; 및 상기 집진기에서 분진이 포집된 배기가스가 후처리 장치로 배출되는 단계를 포함하는 석회석 소성로를 이용한 폐냉매 처리방법이 제공된다.
상기 폐냉매와 수증기가 공급되는 단계에서는, 폐냉매와 수증기가 버너를 통해 소성로의 연소실에 공급될 수 있다.
상기 폐냉매가 분해되는 단계에서는, 폐냉매를 1000~1250℃의 온도로 가열될 수 있다.
상기 폐냉매와 수증기가 공급되는 단계에서는, 폐냉매의 종류에 따라 수증기의 공급량이 조절될 수 있다.
상기 폐냉매와 수증기가 공급되는 단계에서는, 폐냉매와 수증기가 석회석의 유동 방향과 반대방향으로 공급될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 석회석 소성로에서 폐냉매가 처리되므로, 회수된 폐냉매를 경제적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폐냉매가 공급되는 석회석 소성로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 석회석 소성로에 폐냉매와 수증기를 공급하는 버너를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 폐냉매 처리 방법을 도시한 플로우 차트이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 석회석 소성로를 이용한 폐냉매 처리방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 폐냉매가 공급되는 석회석 소성로를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 석회석 소성로에 폐냉매와 수증기를 공급하는 버너를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 폐냉매는 석회석을 소성 가공하는 석회석 소성로(100)에 공급된다. 이러한 폐냉매는 CFC, HFC 등이 있다.
석회석 소성로(100)는 예열 호퍼(110), 연소실(120), 냉각기(130) 및 집진기(140)를 포함할 수 있다.
예열 호퍼(110)에는 석회석이 장입된 후 일정한 온도로 예열된다. 예열된 석회석은 연소실(120)에 공급된다. 연소실(120)의 예열 호퍼(110) 반대측에는 버너(150)가 설치된다. 버너(150)는 코크스 가스(COG: Coke Oven Gas)와 공기를 연소시키면서 연소실(120)에 화염을 공급한다. 연소실(120)에서는 화염에 의해 석회석이 대략 1000~1250℃의 온도로 가열되어 소성된다.
이때, 석회석(CaCO3)이 탈탄산 반응을 함에 의해 연소실(120)에는 생석회(CaO)와 이산화탄소(CO2)가 발생된다. 연소실(120)에서 생성된 생석회는 냉각기(130)로 유입된다. 냉각기(130)에서는 생석회가 대략 70℃ 정도로 냉각된 후 생석회 제품으로 회수된다.
석회석 소성로(100)에는 폐냉매와 수증기가 공급될 수 있다. 버너(150)에는 화염 노즐(151)과, 폐냉매 노즐(153) 및 수증기 노즐(155)이 설치될 수 있다. 버너(150)의 노즐들은 화염, 폐냉매 및 수증기를 석회석 소성로(100)의 연소실(120)에 각각 공급할 수 있다.
화염 노즐(151)에는 코크스 가스 공급관(161)과 공기 공급관(163)이 연결된다. 폐냉매 노즐(153)에는 폐냉매 공급관(163)이 연결된다. 수증기 노즐(155)에는 수증기 공급관(165)이 연결된다. 상기 각 공급관(161,162,163,165)에는 유량을 제어할 수 있도록 유량계(171)와 조절밸브(172)가 각각 설치될 수 있다.
연소실(120)에는 석회석의 소성과 폐냉매의 분해에 의해 배기가스가 발생된다. 배기가스는 집진기(140)로 배출된다. 집진기(140)는 사이클론 현상에 의해 가스와 분진이 분리되는 사이클론 집진기(140)일 수 있다.
집진기(140)에서 집진된 배기가스는 후처리 장치(180)로 유입되어 안정화될 수 있다.
상기한 폐냉매가 석회석 소성로에서 처리되는 방법 및 작용에 관해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 폐냉매 처리 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 3을 참조하면, 저장탱크의 회수된 폐냉매는 폐냉매 공급관(163)을 통해 소성로의 연소실(120)에 공급된다(S11). 폐냉매는 비점이 매우 낮기 때문에 기화된 가스 형태로 연소실(120)에 공급될 수 있다. 폐냉매 공급과 동시에, 수증기가 수증기 공급관(165)을 통해 연소실(120)에 공급된다. 이때, 연소실(120)에는 폐냉매와 수증기가 혼합된 상태로 공급될 수 있다. 또한, 폐냉매와 수증기는 유량계(171)와 조절밸브(172)에 의해 유량이 적절하게 조절될 수 있다.
폐냉매와 수증기는 석회석의 유동 방향과 반대방향으로 공급될 수 있다. 즉, 석회석은 예열 호퍼(110), 연소실(120) 및 냉각실을 따라 유동되고, 폐냉매는 연소실(120)에서 예열 호퍼(110) 방향으로 공급될 수 있다. 따라서, 폐냉매는 석회석의 유동시 발생되는 기류에 의해 유동 저항을 받으므로, 폐냉매가 연소실(120)에서 상대적으로 오래 머물도록 할 수 있다. 따라서, 폐냉매의 분해 시간이 상대적으로 증가될 수 있다.
연소실(120)에 공급된 폐냉매는 고온에 노출됨에 따라 분해된다(S12). 연소실(120)에서 발생된 CO, H2, CH4와 같은 가연성 가스들은 완전 연소된다.
폐냉매의 분해 과정에 관해 상세히 설명하기로 한다.
HFC, CFC 등과 같은 폐냉매는 수증기와의 고온 반응에 의해 진행된다. CFC 및 HFC 등의 냉매는 850℃ 이상의 온도에서 2초 이상 노출되면 거의 완전하게 분해될 수 있다. 연소실(120)에는 냉매의 분해 반응 온도를 충분히 만족하므로, 폐냉매 처리시 열원으로 만족될 수 있다.
폐냉매가 고온 상태에서 분해되는 반응식은 아래와 같다.
HFC의 분해 반응식: C2H2F4 + 4H2O → 4HF + 3H2 + 2CO2
CFC의 분해 반응식: CCl2F2 + 2H2O → 2HCl + 2HF + CO2
여기서, HFC를 분해할 경우, 폐냉매 1몰당 4배의 수증기가 필요하다. HFC의 분자량은 102g/mol이고, 수증기의 분자량은 18g/mol이다. HFC가 1kg/hr의 양으로 처리되는 것을 기준으로 할 경우, 폐냉매의 공급량은 1kg/hr이 되고, 수증기의 공급량은 0.7kg/hr 정도가 될 수 있다.
또한, CFC를 분해할 경우, 폐냉매 1몰당 2배의 수증기가 필요하다. CFC의 분자량은 120g/mol 이고, 수증기의 분자량은 18g/mol이다. CFC가 1kg/hr의 양으로 처리되는 것을 기준으로 할 경우, 폐냉매의 공급량은 1kg/hr이 되고, 수증기의 공급량은 0.3kg/hr 정도가 될 수 있다.
상기와 같이, 냉매의 종류에 따라 수증기의 공급량이 달라질 수 있다. 또한, 연소실(120)에는 석회석에서 발생되는 수증기가 존재하므로, 석회석에서 나오는 수증기를 감안하여 수증기의 공급량을 조절할 수 있다. 또한, 다른 종류의 냉매가 혼합되어 있을 경우, 수증기의 공급량이 가장 많은 냉매를 기준으로 수증기가 공급될 수 있다.
폐냉매에 의해 분해된 가스와 석회석에서 발생되는 가스가 연소실(120)에서 혼합된다. 이러한 배기가스는 예열 호퍼(110)를 통해 집진기(140)로 배출된다(S13).
집진기(140)는 사이클론 현상에 의해 분진과 가스를 분리한다(S14). 집진기(140)는 배기가스를 선회운동시켜 하강하는 선회류를 형성한다. 선회류에 포함된 분진은 원심력을 얻어 선회류를 벗어난다. 선회류에서 벗어난 분진은 집진기(140)의 내벽면에 충돌한 후 아래로 낙하하여 집진된다. 집진기(140)에서 여과된 배기가스는 후처리 장치(180)로 유입된다.
후처리 장치(180)에서는 배기가스 중의 유해물질을 제거한 후 대기 중으로 가스를 배출한다(S15). 예를 들면, 냉매 분해시 생성된 HCL 또는 HF는 후처리 장치(180)에서 Ca(OH)2 등의 알칼리에 의해 안정화될 수 있다.
냉매 분해시 발생된 유해물질의 안정화 반응식은 다음과 같다.
HFC 배기가스의 안정화 반응식: 2HF + Ca(OH)2 → CaF2 + 2H2O
CFC 배기가스의 안정화 반응식: 2HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2H2O
여기서, 유해물질인 HF와 HCL은 CaCl2와 CaF2로 안정화 처리된다.
유해물질이 제거된 가스는 대기중으로 방출될 수 있다. 따라서, 폐냉매를 분해하는 동안에 폐냉매에 의한 유해물질이 제거될 수 있다.
상기와 같이, 석회석 소성로(100)에 의해 폐냉매를 처리할 수 있으므로 폐냉매 처리를 위한 전용 시설을 별도로 설치할 필요가 없다. 또한, 소성로(100)에서는 석회석을 소성 가공하는 동안에 폐냉매를 함께 분해할 수 있다. 결국, 폐냉매 처리를 위한 초기 투자 비용, 폐냉매 처리 비용 등을 현저히 감소시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 석회석 소성로 110: 예열 호퍼
120: 연소실 130: 냉각기
140: 집진기 150: 버너
151: 화염 노즐 153: 폐냉매 노즐
155: 수증기 노즐 171: 유량계

Claims (5)

  1. 폐냉매와 수증기가 소성로에 공급되는 단계;
    상기 소성로에서 폐냉매와 수증기가 가열되면서 폐냉매가 분해되는 단계;
    상기 소성로에서 발생된 배기가스가 집진기로 배출되어 배기가스에 포함된 분진이 포집되는 단계; 및
    상기 집진기에서 분진이 포집된 배기가스가 후처리 장치로 배출되는 단계를 포함하는 석회석 소성로를 이용한 폐냉매 처리방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐냉매와 수증기가 공급되는 단계에서는, 폐냉매와 수증기가 버너를 통해 소성로의 연소실에 공급되는 것을 특징으로 하는 석회석 소성로를 이용한 폐냉매 처리방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐냉매가 분해되는 단계에서는, 폐냉매를 1000~1250℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 석회석 소성로를 이용한 폐냉매 처리방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐냉매와 수증기가 공급되는 단계에서는, 폐냉매의 종류에 따라 수증기의 공급량이 조절되는 것을 특징으로 하는 석회석 소성로를 이용한 폐냉매 처리방법.
  5. 제 1 항 내지 제 5 항에 있어서,
    상기 폐냉매와 수증기가 공급되는 단계에서는, 폐냉매와 수증기가 석회석의 유동 방향과 반대방향으로 공급되는 것을 특징으로 하는 석회석 소성로를 이용한 폐냉매 처리방법.
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