KR20140126320A

KR20140126320A - 연도 가스 정화장치

Info

Publication number: KR20140126320A
Application number: KR1020147022514A
Authority: KR
Inventors: 안네떼 지멘-뇌터; 아아트 펠크만
Original assignee: 두산 렌트제스 게엠베하
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2014-10-30
Also published as: TWI489064B; US20150035177A1; DK2644252T3; HK1199716A1; ZA201406268B; MX2014010066A; MY167094A; EP2644252B1; WO2013143788A1; US9421494B2; EP2644252A1; TW201339508A; BR112014020077A2; HRP20150153T1; BR112014020077A8; CA2863846A1; KR101687776B1; MX350039B; AU2013242327B2; CL2014002216A1

Abstract

본 발명은 스크러빙 타워, 세정탑 또는 흡수탑으로도 불리는 스크러버 타워(10)를 구비하는 연도 가스 정화장치에 관한 것이다.

Description

연도 가스 정화장치 {A FLUE GAS PURIFICATION DEVICE}

본 발명은 스크러빙 타워, 세정탑 또는 흡수탑으로 호칭되는 스크러버 타워를 갖춘 연도 가스 정화장치에 관한 것이다.

본 발명은 특히 가스 정화장치 및 연도 가스에서 불요 성분을 흡수하는 액체로 해수를 사용하는 대응 스크러버 타워에 관한 것이다. 이것이 상기 액체(유체)가 흡수제로도 불리는 이유이다.

발전소에서 배출될 수 있는 연도가스가 종종 스크러빙 타워의 하부에서 -대응 인입구를 통해- 스크러빙 타워 내로 유입되고, 그런 다음 연도 가스 배출구를 향해 상향으로 안내된다. 연도 가스는 스크러버 타워를 관통하는 이러한 경로를 따라 이동하다가 통상 연도 가스와 대향하는 상기 유체 흡수제와 접촉하게 된다. 상기 흡수제는 연도 가스 인입구 위쪽, 예를 들어 스크러버 타워의 상단부에서 스크러버 타워 내로 도입된다. 이에 따라, 연도 가스 인입구와 흡수제 인입구 사이가 흡수 영역으로 획정되며, 상기 흡수 영역은 상기 액체와 상기 연도 가스가 접촉하는 영역을 의미한다.

흡수 영역의 상단부에 노즐이 배치되는 구성이 공지되어 있다. 노즐에 의해 유체 흡수제가 미세 입자들(액적들)로 흡수 영역으로 살포됨에 따라, 바람직하게는 정화시킬 연도 가스와의 반응 면적이 넓게 제공된다.

스크러빙 유체로도 불리는 흡수제, 예컨대 해수는 황산화물 및 이산화탄소 같은 연도 가스 내의 다양한 성분들/불순물들을 흡수하거나 및/또는 이들과 화학적으로 반응한다.

이하에서 사용되는 "신선한 액체"(fresh liquid)란 용어는 스크러버 타워 내로 도입되는 (pH 값이 약 7.5 내지 8.5)인 유체 흡수제를 의미하며, "기사용 액체"(used liquid)는 연도 가스와 접촉한 후 (pH 값이 약 3 내지 4)인 유체를 나타낸다. 이하에서 이러한 액체로 해수를 사용하는 것을 기재하고 있지만, 해수는 일 실시형태에 불과한 것으로, 단지 사용하기 적당한 바람직한 유체 중 하나인 것으로 이해되어야 한다.

전술한 스크러빙 타워 및 정화장치가 유럽 특허공보 EP 0756 890 B1호에 공지되어 있다.

유럽 특허공보 EP 0756 890 B1호에는 스크러빙 타워 아래쪽 또는 스크러빙 타워 하부에 소위 섬프(sump)가 배치되어 있는 구성이 개시되어 있다. 기사용 액체(해수)는 섬프 내에 집수되고, 섬프 내에 체류하는 동안 폭기된 후, 다시 바다로 배출되기 전에 후처리하기 위한 추가의 (후) 침전조(settling tank)로 운송된다.

전술한 일반적인 형태의 장치들이 지난 수년에 걸쳐 입증되고 있지만, 연도 가스의 정화 정도 및 바다로 다시 되돌리기 전의 흡수제 품질을 포함하여, 공정을 개선해야 한다는 요구가 계속적으로 있어 왔다.

본 발명은 아래의 사항을 인식하며 도출하였다.

액체들은 노즐에 의해 스크러빙 타워 내로 분사되며, 이들 노즐들은 스크러빙 타워의 내부 단면 전체에 걸쳐 배치되는 것이 일반적이다. 연도 가스는 상기 공간과 동일한 공간 내로 취입되어, 스크러빙 타워의 내부 용적의 거의 대부분이 흡수 영역으로 사용될 수 있게 된다. 본 발명의 범위 내에서 노즐이란 용어는 이를 통해 세정탑 내로 액체를 분배할 수 있는 모든 종류의 수단을 의미하지만, 이하에서 위와 같은 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.

또한, 본 발명은 (지금까지 설명한 바와 같이) 액체가 분사되는 흡수장치와, 유체 흡수제가 소위 충진층(packed bed)으로 불리는 다른 방식으로 연도 가스와 접촉하는 흡수장치에 한정되는 것은 아니다.

대부분의 경우, 연도 가스의 인입구는 스크러빙 타워의 일 측부에 배치되어, 연도 가스가 위쪽으로 지향되기 전에 기류의 강한 수평 성분을 발생시킨다.

이에 따라, 강한 연도 가스 유동에 의해, 스크러빙 타워의 거의 하단부에서 하향 유동하는 유체 흡수제는 적어도 부분적으로 뒤로 밀어지게 된다.

다시 말하면, 흡수 섹션의 상부에서는 액체가 스크러빙 타워의 내부 단면과 용적 전체에 걸쳐 어느 정도 균질하게 분배되는 반면, 연도 가스는 이러한 유체 스트림을 특히 연도 가스(처리 가스, raw gas) 인입구 주위로 변위시키고, 계속해서 하향 변위시킬 수 있다. 연도 가스 인입구를 다른 방식으로 예컨대 스크러빙 타워 원주 둘레에 배치되도록 디자인하더라도, 이와 유사한 현상이 나타나는 것도 사실이다.

유동이 이러한 방식으로 거동한 결과, 종래 기술에 따른 장치의 섬프로 입수되는 기사용 액체의 농도는 섬프의 위치에 따라 다르게 되며, 특히 규칙적이지 못하다. 다시 말하면, 섬프 내의 기사용 흡수제의 성분은 섬프 내의 위치에 따라 다르며, 이를 특정할 수 없다. 예를 들어 폭기 수단인 처리 수단의 효율이 임의적이기 때문에, 그러한 한도 내에서는 폭기 결과가 만족스럽지 않게 된다. 이는 액체가 섬프 내에서 폭기된 후 뿐만 아니라, 섬프 내 서로 다른 영역의 액체들이 섬프를 빠져나오기 전에 서로 다르게 처리되는 경우에도 동일하며, 이는 액체가 바다로 다시 되돌아가기 전에 액체(해수) 품질과 관련하여 액체용 후처리 수단이 매우 중요한 요소라는 것을 의미한다. 복잡한 장비가 필요하고 그러한 처리를 위해 추가 비용이 소요된다는 것이 단점이다.

이는, 상기 섬프를 관통하여 연장하는 채널을 포함하며, 상기 채널에 의해 신선한 해수가 도입되어 섬프 내에서 기사용 흡수제 유체와 혼합되는 장치에 대해서도 같다.

이러한 단점을 극복하기 위해, 본 발명은,

- 연도 가스 인입구 및 연도 가스 출구

- 액체 인입구 및 액체 출구

- 상기 연도 가스와 상기 액체가 상기 연도 가스 인입구 및 상기 액체 인입구 사이에서 접촉하는 접촉 영역,

- 상기 접촉 영역 아래에서 상기 액체를 수집하는 집수 용기(collecting basin)를 포함하며,

- 상기 집수 용기에는 폭기 수단 및 상기 액체 투과성 바닥 또는 측벽이 구비되는 것을 특징으로 하는,

스크러버 타워를 구비하는 연도 가스 정화 장치를 청구 대상으로 한다.

상기 집수 용기는 종래 기술 장치에 따르는 액체 섬프와 유사하게, 장치 내에 설치되지만, 본 발명에서 집수 용기는 많은 다양한 업무를 수행하기 때문에 폭기 공정을 개선할 수 있게 된다.

공지되어 있는 섬프는,

- 폭기된 액체가 섬프의 벽부로부터 연장하는 파이프 또는 이와 유사한 설비를 경유하여 추가 처리 공정으로 펌핑되는, 개별 섬프(discrete sump)이거나,

- 신선한 해수가 섬프를 관통하는 "러닝 채널"(running channel)의 일부분일 수 있다.

신규 장치는 폭기 수단을 구비하는 집수 탱크를 제공한다. 상기 집수 탱크는 그 탱크 내에서 처리되는 상기 액체가 투과될 수 있는 바닥을 구비한다. 다시 말하면, 집수 탱크의 바닥(일부분 또는 전부)은 상기 유체의 유출 영역으로 사용된다. 이에 의해, 탱크 내에서 액체가 수직방향으로 거의 균일하게 유동 되고, 상기 탱크의 수평방향 단면에 걸쳐 폭기 처리가 매우 균일하게 이루어지게 되어, 액체 유동이 임의로 형성되는 공지 섬프의 제1 대안 예에 비해 액체의 균질도 및 품질이 개선되게 된다.

종래 기술에 따른 섬프의 제2 대안 예는 부가되는 신선 액체와 섬프 내에서 연속적으로 유동하고 섬프 용적 전체에 걸쳐 섬프 내에 이미 존재하는 기사용 액체의 분산이 불규칙하다는 단점이 있다. 신규 디자인은 액체 투과성의 적어도 하나의 집수 탱크 벽부를 제공함으로써, 유속을 줄이고 상기 액체의 바람직하지 않은 수류(current)의 발생을 방지하게 된다.

이러한 효과들은 특히 천공판(perforated plate), 유체-관통구를 구비한 3차원 프로파일, 구형(sphere) 패킹 또는 이와 유사한 구성요소들 중 적어도 하나에 따라 디자인되는 바닥 또는 측벽에 의해 달성된다. 전술한 효과들은 상기 액체가 투과할 수 있는 영역을 최대화함으로써 극대화될 수 있다. 가장 적절한 실시형태는 바닥 전체를 상기 액체가 투과할 수 있는 것으로 하거나, 탱크의 벽부 전체를 액체가 관통하여 흐를 수 있는 것으로 한다.

본 발명은 액체의 유출 영역으로 액체 투과성 배리어(벽, 바닥)를 구비하는 반면, 공지의 장치들은 하나의 개구, 파이프, 채널 등을 구비한다는 점에서 공지의 장치들과 확연히 구별된다. 다시 말하면, 종래 기술에 의한 섬프가 거의 하나의 상대적으로 큰 유출구를 구비하는 것에 비해, 본 발명은 각 구멍의 단면적이 매우 작은 유출구를 다수 구비함으로써 유출 면적(바닥, 벽)이 매우 크게 된다.

일반적으로, 본 발명에 따른 유체 관통구 각각의 단면적은 1㎡ 미만, 특히 <0.7 또는 <0.5 또는 <0.3 또는 심지어 <0.1㎡이며, 이는 관통구의 단면적이 (수 ㎡ 범위인) 종래 섬프의 유출구에 비해 약 10-1000배 정도 작은 수치이다. 본 발명에 따른 장치의 유출구는 각 유출구 위쪽으로 일정거리 이격되어 배치되는 캡으로 커버되어, 기사용 해수가 통과하는 캡과 유출구 사이에 공간을 형성하게 된다.

본 발명 장치의 스크러빙 타워는 적어도 하나의 디스트리뷰터를 추가로 포함할 수 있다. 상기 디스트리뷰터를 통하거나 상기 디스트리뷰터에 인접(옆에서)하여 액체가 하향으로 유동한다. 상기 디스트리뷰터는 상기 액체 인입구 아래쪽에 일정거리 이격되어 배치되며, 상기 스크러버 타워의 내부 수평방향 단면의 적어도 50%에 걸쳐 연장되어 있다.

적어도 하나의 디스트리뷰터가 액체 인입구 영역의 아래쪽에 배치되도록 하는 것이 중요한 특징이다. 예를 들어, 상기 액체는 세정탑 내의 수평방향 플레인을 가로지르며 나란하게 배치되는 다수의 노즐에 의해 세정탑의 접촉 영역 내로 분사될 수 있다.

액체 인입구와 디스트리뷰터(들) 사이의 거리는 장치의 특정 치수에 따라 정해질 수 있다.

상기 디스트리뷰터는 (대부분이 액적 또는 에어로졸로 존재하는) 액체 스트림이 액체 인입구, 즉 세정탑의 하단부 및/또는 후속하는 처리 수단을 향하도록 전향(반향)하는 기능을 수행한다. 이와 관련하여, 디스트리뷰터가 스크러빙 타워의 하부 예를 들어 스크러버 타워의 하부에 있는 연도 가스 인입구의 아래쪽에 배치되는 장치가 바람직하다.

디스트리뷰터는 상기 집수 탱크(집수 영역) 위쪽에 설치되어야 한다.

"세정탑의 하단부"라는 용어는 집수 영역이 세정탑의 일부로서 일체로 구성되는 경우뿐만 아니라, 세정탑 아래에 별개의 부품으로 배치되어 있는 실시형태도 포함한다.

디스트리뷰터는,

(A) 적어도 액체 비투과성 우세 및/또는

(B) 적어도 액체 투과성 우세인 설비일 수 있다.

"비투과성 우세"(predominantly impermeable)는 액체 총 부피의 >50%, 예를 들어 >75% 또는 >90%가 디스트리뷰터의 경계영역을 통해, 또는 디스트리뷰터의 외각림과 이에 대응하는 스크러빙 타워의 내벽 사이를 통해 유동하는 것을 의미한다. "투과성 우세"(predominantly permeable)는 총 액체 부피의 >50%, 예를 들어 >75% 또는 >90%가 디스트리뷰터 전체에 걸쳐 투과하는 것을 의미한다.

(A)에 따르면, 액체는 디스트리뷰터의 표면을 따라, 세정탑의 대응 내벽과 이격 배치되어서 액체가 관통할 수 있는 개구부를 제공하는 디스트리뷰터의 림(외각 둘레부)으로 흐르며, 그런 다음 액체는 상기 개구부를 경유하여 집수 영역 내로 유동한다. 예컨대 디스트리뷰터의 제한된 경계부 내에 편심되게 배치되어 있는 하나 또는 그 이상의 대경 관통홀을 구비하는 디스트리뷰터에 의해, 이와 동일한 기술 효과가 달성될 수 있다. 양 실시형태들은 기사용 흡수제 액체가 세정탑의 내벽에 근접되게 배치되어 있는 하나 또는 다수의 대경 개구부를 지향하도록 하며, 상기 하나 또는 다수의 대경 개구부를 통해 액체는 (하나) 그 이상 또는 미만의 공통 스트림으로 유동하여 장치의 후속부 또는 후속 처리 단계로 유동한다.

이와 같이 편심되게 배치되어 있는 디스트리뷰터의 관통 개구부(들)로부터 시작하여, 기사용 액체의 공통 스트림은 균일하게 처리되어 바다로 되돌아갈 수 있게 된다. 이에 대해서는 폭기 수단이 구비된 집수 용기를 사용하여 추가로 설명한다. 폭기 수단이 구비됨으로써, 집수 장치는 폭기 용기(aeration basin)(폭기 탱크)의 기능도 수행한다. 모든 기사용 액체들이 폭기 용기를 거칠 수 있기 때문에, 기사용 액체는 매우 균일한 방식으로 폭기/처리된다. 폭기 단계가 개선되어 액체의 품질이 개선된다. 이들 이점들은 특히 액체 스트림이 어느 정도 수평방향으로 흐르는 폭기 용기를 갖춘 실시형태에 의해 달성될 수 있다.

(B)에 따르면, 디스트리뷰터는 액체 투과성으로, 예를 들어 디스트리뷰터의 몸체부 전반에 걸쳐 디스트리뷰터를 관통하는 다수의 관통홀이 형성되어 있다. 기사용 해수는 상기 관통홀을 지나 후속하는 폭기 용기 내로 투과되기 전에 디스트리뷰터의 상면 전반에 걸쳐 분사된다. 관통홀들이 디스트리뷰터 전반에 걸쳐 어느 정도 균일하게 배치되는 경우, 기사용 해수는 스크러버 타워의 단면에 걸쳐 매우 균일한 방식으로 폭기 용기(또는 기타 처리 수단)로 인입된다. 이에 따라, 액체는 상기 폭기 용기 내에서 균일하게 처리되며, 특히 액체가 예를 들어 투과성 바닥을 경유하여 상기 용기를 하향하여 인출되도록, 즉 액체 스트림이 대략 수직방향으로 인출되도록 용기가 설계되는 실시형태에서 균일하게 처리된다.

모든 경우에 있어, 상기 목적은 적어도 하나의 디스트리뷰터의 아래쪽 또는 후속하는 임의의 처리 단계에서 기사용 해수를 균일하게 처리하거나 개선된 처리가 될 수 있게 된다.

디스트리뷰터는,

- 상기 디스트리뷰터 영역을 따라 및/또는 아래쪽 어느 위치에서도, 어느 정도 조성이 균일한 기사용 액체를 제공하고,

- 폭기가 일어나는 장치의 부분으로 들어가기 전에, 흡수제 내에 존재하는 가스 버블을 배출시키고,

- 액체의 유속을 감소시켜 액체의 바람직하지 않은 조류(유동 프로파일)의 발생을 방지하며,

- 기사용 흡수제와 공기가 거의 균일하게 반응하도록 한다. 해수(유체 흡수제)로부터 CO₂가 분리되어 탄산을 매우 효과적으로 제거하며 액체의 pH 값을 크게 하고,

- 폭기된 흡수제의 품질과 조성을 균질하게 하며(이에 따라, 처리 수단을 추가할 필요성 또는 처리 수단의 강도를 감소시킴),

- 추후에 바다로 배출되는 해수의 일반적인 품질을 개선하는 데에 도움을 준다.

복수의 디스트리뷰터가 서로 나란하게 및/또는 서로 아래, 위로 배치될 수 있다.

액체의 투과성은 (B)에 따른 디스트리뷰터의 디자인에 결정적인 영향을 미치는 인자이다. 하나의 옵션으로는 천공판을 사용하는 것이다. "천공"이란 용어는 액체(해수)가 관통할 수 있는 홀, 슬릿 등을 의미한다. 판은 평면형이거나 프로파일형일 수 있다. 프로파일형 실시형태는 유체 관통구를 구비하는 3차원 프로파일을 의미한다.

디스트리뷰터의 또 다른 디자인으로는 구형 패킹(sphere packing)에 따르는 것을 상정할 수 있다. 이러한 디자인은 3차원 좌표계의 3차원 방향으로의 액체 분배성(분산성)을 증가시킨다.

전술한 바와 같이, 스크러빙 타워 내에서 하향 유동하는 액체 흡수제는 강력한 연도 가스 유동에 의해 밀어내질(pushed away)(변위) 수 있다. 이런 경우, 액체가 처음에는 디스트리뷰터의 매우 제한된 부분(영역)과 접촉할 수 있다. 후속 액체 스트림이 액체가 디스트리뷰터의 다른 나머지 부분에 대해서도 분산되도록 할 수 있지만, 진동 디스트리뷰터를 구비하는 실시형태를 포함하여, 디스트리뷰터가 경사지거나 및/또는 가동형인 경우 액체가 디스트리뷰터를 따라 분산되는 것이 지지될 수 있다.

본 발명에 따르면, 최상의 상태에서 전술한 이점들을 달성하기 위해서는(비록 어떠한 디스트리뷰터가 공정을 개선하기는 하겠지만), 상기 디스트리뷰터는 스크러빙 타워의 내부 단면적의 적어도 50% 이상에 걸쳐 연장되어 있어야 한다. 실시예 (B)에 따르면, 스크러빙 타워의 >60%, >75%, >90% 또는 거의 대부분에 걸쳐 연장하는 것이 일반적이지만, 실시예 (A)에 따르면, 액체의 필수 용량이 통과할 수 있도록, 최대치는 약 90%이며 일반적으로는 <85%, <80%, <75%이다.

이러한 관점에서, 통상적인 장치의 치수는 다음과 같을 수 있다.

- 스크러빙 타워의 높이: 15-40m

- 스크러빙 타워의 내경: 5-25m

- 스크러빙 타워를 통과하는 연도 가스 유량: 10.000-4.000.000㎥/h

- 스크러빙 타워를 통과하는 액체(흡수제) 유량: 5.000-80.000㎥/h

모든 실시형태들은 액체가 폭기 영역 및/또는 추가의 처리 단계로 들어가기 전에, 액체 내에 존재하는 가스 버블들이 배출될 수 있는 가능성을 제공한다. 디스트리뷰터는 액체 또는 액적들 각각을 분리시켜 불요한 가스성 개재물이 존재하지 않게 한다. 이는 디스트리뷰터의 중요한 측면이다.

액체 유동 속에 상기 디스트리뷰터(디바이더, 분산 수단)를 설치함으로써 얻어질 수 있는 또 다른 중요한 이점은, 액체 스트림의 유속이 감소, 즉 디스트리뷰터가 감속기(retarder)로 기능한다는 것이다.

종래 기술에 의한 경우에 비해, 획정된(defined) 양 및 균일한 속도로 유체가 디스트리뷰터 아래에 있는 섹션으로 입수될 수 있다.

적어도 하나의 디스트리뷰터를 통과한 액체는, 액체 내로 공기(산소)를 공급하는 폭기 수단을 갖춘 집수 탱크 내로 유입된다.

상기 투과성 바닥 또는 벽 내에 설치되는 유출 개구부의 수량과 각 단면 및 총 단면을 포함하는 특정 디자인은, 본 발명 장치가 작동할 때에 상기 용기를 통과하는 액체량에 따라 계산된다.

수위가 디스트리뷰터에 도달하는 상태 또는 디스트리뷰터가 액체에 의해 잠겨지는 상태가 본 발명 장치의 효율에 크게 영향을 미치지는 않지만, 액체 수위(상기 용기 내에 있는 액체의 상부 자유 표면)가 디스트리뷰터 아래에 배치되도록 대응 파라미터들이 선택될 수 있다.

본 발명에 따르면, 폭기 수단은 바닥에 근접하는 용기의 일부 내에 또는 바닥 내에 배치될 수 있다. 폭기 수단은 용기 전체에 걸쳐 유동하는 유체 내에 잠길 수 있다.

폭기 수단의 구성 및 디자인이 결정적인 것은 아니다. 천공 파이프, 공기 노즐, 플레이트 폭기장치 등이 사용될 수 있다.

본 발명 장치 내에서 폭기 용기의 장치 및 기능이 공지 장치의 소위 섬프를 대체한다는 것은 전술한 사항으로부터 명확해진다.

폭기 처리 후, 액체는 추가적인 처리를 위해 전송되거나, 해수가 액체로 사용된 경우, 바다로 되돌려질 수 있다.

이러한 관점에서, 본 발명은 집수 용기(집수 영역)가 상기 용기의 제1 측부에 인접하는 제1 섹션에서부터 상기 제1 측부 반대편의 제2 측부에 인접하는 제2 섹션으로 유체를 운송하는 채널과 유동학적으로 연결되게 배치되는 실시형태를 제공한다. 이러한 유체는 스크러빙 타워 내에서 흡수의 목적으로 사용되는 신선한 액체일 수 있다.

종래의 장치로부터 공지되어 있듯이, 흡수제 액체는 채널 유체로부터 입수되어 전술한 노즐로 상향 펌핑되는 반면, 채널 내의 나머지 유체는 기사용 및 처리(정화) 흡수제 액체가 채널로 전향되기 전에 스크러빙 타워를 통과한다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 용기(일반적으로 집수 영역)는 채널 위쪽에 배치되어, 유체가 상기 채널을 관통해 유동함에 따라 야기되는 압력/흡인력을 받아 및/또는 단순히 중력에 의해 폭기된 액체가 채널 내로 복귀하도록 한다. 이러한 경우, 디스트리뷰터는 B에 따라 설계되는 것이 바람직하다.

이러한 디자인은 상기 채널이 용기의 제1 및 제2 섹션에 비해 용기 아래쪽으로 깊어지는 바닥 연장부를 구비하는 실시형태를 포함한다. 다시 말하면, 채널의 바닥은 용기 아래로 굴곡형(meander-like fashion)으로 경사져 있다.

이들 신규 디자인들은 일종의 바이-패스 채널인 것이 특징이다. 바이-패스 채널로부터 신선한 액체를 입수하여 스크러빙 타워 내로 상향 펌핑하며, 추후 채널 내로 복귀시키지만, 장치의 폭기 존과 교차하지는 않는다.

종래 기술에 의한 장치는 채널이 섬프를 관통해 유동하는 것을 특징으로 하는 소위 "러닝 채널"을 구비하는 디자인을 개시한다. 상기 디자인은 구성이 단순하다는 이점이 있지만, 섬프 내에서 신선한 액체(해수)가 기사용 액체에 부가되어, 더 많은 양의 상기 (혼합) 액체가 폭기 수단에 의해 처리되어야 한다는 단점이 있다. 이는 에너지와 비용이 추가로 소모되게 하며, 폭기 단계의 효율성을 떨어뜨리게 된다. 본 발명에 의하면, 디스트리뷰터의 특수 디자인 및 배치와는 무관하게 이러한 단점들이 감소되거나 극복될 수 있다. A 타입의 디스트리뷰터가 기사용 해수를 상기 채널의 인입구 영역을 향하도록 전향시켜 스크러빙 타워의 하단부 또는 스크러빙 타워의 아래쪽에 있는 액체 집수 영역으로 지향되도록 하는 경우, 이 기술이 특히 유리하다. 이러한 경우, 집수 용기/집수 탱크의 벽부 영역에 액체 투과성 벽부 또는 출구 도어가 제공되어, 액체가 어느 정도 수평방향으로 상기 용기를 통해 유동할 수 있다. 다시 말하면, 집수 영역이 채널의 일부분으로 된다.

기사용 액체(흡수제 해수)는 여전히 황 성분과 다량의 CO₂를 함유하고 있다. CO₂는 공기를 취입하여 탄산을 제거함으로써 분리될 수 있으며, 이에 따라 액체의 pH 값이 상승하게 된다. 산소는 액체에 의해 흡수되어 황 성분을 (최대 SO₄로) 산화시키게 된다.

디스트리뷰터에 의해 액체가 폭기 단계로 들어오기 전에 액체 내의 CO₂ 양이 감소됨에 따라 폭기 공정이 개선된다. 이에 따라 폭기 수단을 작동하는 데에 소요되는 에너지가 감소될 수 있으며, 이는 기처리 액체(해수)의 정화 품질을 동일한 정도로 하는 데에 필요한 공기 양이 적다는 것을 의미한다.

신선한 해수의 부가는 액체의 전반적인 pH 값을 추가로 상승시킨다.

스크러버 타워 내에서 하나 또는 그 이상의 디스트리뷰터를 액체 인입구의 아래쪽에 배치하는 일반적인 아이디어와 종종 연도 가스 인입구 아래쪽에 배치하는 아이디어가 장치의 또 다른 디자인으로 구현될 수 있다.

액체를 후처리하는 수단, 예를 들어 전술한 폭기 영역과 이격되어 폭기 영역을 추가로 설치함으로써 장치가 완성될 수 있다. 본 발명에 따르면 스크러빙 타워 내 및/또는 스크러빙 타워 아래에서 해수를 탁월하게 처리한다는 것을 감안하면, 후처리 수단을 추가로 제공할 필요성은 그리 크지 않다.

본 발명의 또 다른 특징들이 종속항들과 명세서의 다른 응용 부분에 기재되어 있다. 본 발명은 이들 특징들이 적절하게 조합된 형태를 포함하며, 이들을 배제하지 않는다.

본 발명에 의하면, 디스트리뷰터에 의해 액체가 폭기 단계로 들어오기 전에 액체 내의 CO₂ 양이 감소됨에 따라 폭기 공정이 개선되며, 이에 따라 폭기 수단을 작동하는 데에 소요되는 에너지가 감소되고, 효율성이 개선되게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 제1 실시형태에 관한 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 제2 실시형태에 관한 종단면도이다.

2개의 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다. 첨부된 도면들은 간략하게 도시되어 있다.

도면에서, 동일한 구성요소 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였다.

도 1은 원통형 스크러버 타워(10)를 구비하는 연도 가스 정화장치의 일부를 보여주고 있다. 상기 연도 가스 정화장치는, 장치의 하부(하단부)(10l)에 위치하는 연도 가스 인입구(12) 및 상기 연도 가스 인입구(12) 보다 위쪽, 즉 장치의 상부(10u)에 위치하는 연도 가스 배출구(14)를 포함한다. 인입되는 연도 가스 스트림은 화살표(F1)로 표기되어 있고, 배출되는 연도 가스 스트림은 화살표(F2)로 표시되어 있다.

신선한 해수가 채널(50)로부터 공급 파이프(16)를 경유하여, 연도 가스 배출구(14) 아래쪽에서, 스크러빙 타워(10)의 상부(10u)에서 수평면을 따라 배치되어 있는 분사 노즐(18)로 펌핑된다. 채널(50)에 대해서는 아래에서 상술한다.

상기 노즐(18)을 통해 신선한 해수가, 스크러빙 타워(10)를 상향으로 통과하는 스트림 즉, 해수 액적과 대향하는 연도 가스 스트림 내로 하향 분사된다. 해수는 연도 가스를 정화하는 흡수제로 기능한다. 상기 노즐(18)을 향하는 운송 방향은 화살표(S1)로 표기하였고, 상기 노즐(18)을 떠나는 해수 흡수제의 유동 방향은 화살표(S2)로 표기하였다.

스크러빙 타워(10)로 들어오는 강력한 연도 가스 유동은 적어도 부분적으로는 상기 연도 가스 인입구(12) 반대편에 있는 스크러버 타워(10)의 일부분을 향하도록 해수 흡수제를 압박한다. 다시 말하면, 상기 노즐(18)로부터 스크러버 타워(10)의 단면 전체에 걸쳐 방출되는 해수 액적은 연도 가스 인입구(14)의 반대쪽 영역을 향해 하향 지향하며, 이는 도면부호 10p로 표기하였으며, 반면 이에 대응하는 해수 유동은 화살표 S3로 표기하였다.

스크러빙 타워(10)의 하부(10l)에 있는 해수는 흡수 영역(10a)을 통과한 것으로, 이는 기사용 해수(used seawater)로 호칭한다. 기사용 해수는 스크러빙 타워의 하단부, 즉 스크러빙 타워의 인입구 아래쪽에 이격되어 있는 액체 출구에서 배출된다.

스크러버 타워(10)의 연도 가스 인입구(12) 아래쪽에 디스트리뷰터(20)가 구비된다. 상기 디스트리뷰터(20)는 상기 스크러버 타워(10)의 수평 단면부 내부 전체에 걸쳐 연장되어, 해수 흡수제(기사용 해수)가 디스트리뷰터(20)에 도달했을 때에 상기 디스트리뷰터에 의해 정지되며, 유동이 연속적으로 하향 지향되기 전에 디스트리뷰터의 표면을 따라 분배되어 상기 디스트리뷰터(20)의 개구부들(도면에 도시되어 있지는 않지만 화살표 S4로 포기되어 있는)을 관통하여 상기 디스트리뷰터(20) 아래쪽에 배치되어 있는 별개의 집수용기(basin)(30) 내로 유동한다. 상기 별개의 집수용기(30)는 스크러빙 타워(10)의 하부(10l) 즉 스크러빙 타워(10)의 일부분 내에 배치될 수 있다.

디스트리뷰터(20)는 기사용 해수 흡수제가 하향하는 경로에서 그 방향성과는 무관하게 어느 정도 균일하게 분배되도록 한다. 디스트리뷰터(20)는 이동 가능한 방식(화살표 D)으로 배치되어 있으며, 진동 베어링 상에 지지되어 있다.

집수용기(30)는 기사용 해수를 일시적으로 수집하며, 바닥 영역(30b) 위 전반에서 서로에 대해 짧은 거리로 이격 배치되어 있는 폭기장치(aerator)(32)로 상기 기사용 해수를 폭기한다.

폭기 수단(32)은 상기 집수용기(30)를 관통하여 수직방향으로 하향 유동하는 액체 내에 침지되어 있다.

이와 같이 공기 처리된 해수는 집수장치(30)를 빠져나와 침투성 바닥(수직방향으로 유동하며, 화살표 S5로 표기되어 있음)(34)을 경유하여 채널(50)로 들어간다. 개구부 및/또는 파이프(다수의 파이프들 중 하나를 도면부호 37로 표기)에 의해, 해수가 소정의 양만큼 그리고 균일한 방식으로 상기 집수장치(30)를 빠져나갈 수 있다는 것이 중요하다. 이들 파이프(36)는 채널(50) 안쪽의 액체 스트림 내로 돌출되어 있다.

기사용되고 처리(폭기 처리)된 상기 집수장치(30) 내의 해수 표면은 점선(36)으로 표기되어 있다.

현재 채널(상부 커버가 없음)(50) 내를 수평방향으로 유동하는 폭기된 해수의 표면은 점선(56)으로 표기되어 있다.

채널(50)은 해수가 바다로 다시 흘러들어가기 전에 해수를 후처리하는 장치(이는 선택적이므로 추가로 설명하지는 않음)로 이어져 있다.

중앙 섹션(50b)을 통과하기 전의 제1 섹션(50f)에서부터 상기 채널(50)을 따라 신선한 해수가 스크러빙 타워(10) 및 집수장치(30) 뒤쪽의 제2 섹션(50s)까지 연속적으로 유동한다. 중앙 섹션(50c)에서, 폭기 처리된 해수가 부가된다. 채널(50)을 따라 수평방향으로 유동하는 해수의 흐름이 화살표 C로 도시되어 있다.

이러한 디자인에 의하면, 신선한 해수 스트림이 폭기 전 또는 폭기 중에 기사용 해수와 혼합되는 선행 기술 장치에 비해, 상기 집수용기(30) 내에서 기사용 해수의 폭기가 이루어짐에 따라 상당한 양의 에너지를 절감할 수 있으며, 효율도 상당히 개선된다. 신규 디자인에 따르면, 흡수제 액체는 폭기 처리된 후에야 신선한 해수와 혼합된다.

분리형 칼럼(40)이 바닥(34)과 디스트리뷰터(20) 사이에 연장되어 장치를 지지한다. 장치 전체(집수장치(30)를 구비한 스크러빙 타워(10))는 분리형 기초구조물(42) 상에 건조되어 있다.

도 2는 A로 언급한 형태의 디스트리뷰터(20)를 포함하는 가스 정화장치의 일 실시형태를 보여주고 있다.

디스트리뷰터(20) 위에 배치되어 있는 장치의 모든 부분들은, 도 1의 실시형태를 모두 참조한다.

도 2의 디스트리뷰터(20)는 평면도(A-A)에 도시되어 있는 바와 같이, 타원형 절개부(20a)를 구비하는 원형판인 고체형 금속판으로 만들어져 있다. 디스트리뷰터(20)의 총 표면적은 스크러빙 타워(10)에서 이에 대응하는 단면적의 약 80%에 이른다.

디스트리뷰터(20)의 외각 림이 스크러빙 타워(10)의 내부벽에 고정되어 있으며, 타원형 절개부(20a)는 액체의 메인 스트림(영역 10p)에 대해 유체가 한쪽 개구부(도 2에서 우측)를 통과하도록 하되, 기사용 액체가 디스트리뷰터(20)의 경사 표면을 따라 퍼져 기사용 액체 전체가 상기 개구부(20a)를 통과하여 집수 탱크(30)로 흘러가게 한다.

선택적인 실시예에서, 상기 개구부(20a)는 집수용기(30)를 향해 연장하며, 상기 집수장치(30) 내로 액체의 공급을 매우 정밀하게 하기 위해 집수용기(30) 내의 액체 욕 내로 침투하거나 액체 레벨(56) 위에서 종결되는 파이프 개구의 일 단부로 설계될 수 있다.

다시 말하면, 액체 스트림 전체는 상기 디스트리뷰터에 의해 채널(50)의 제1 섹션(50f)에 인접하는 지점에서 상기 집수 탱크(30) 내로 들어가게 된다.

이는 기사용 액체와 신선한 액체가 일정/소정 비율로 혼합된 혼합물이 (도 2에서 좌측에 도시되어 있는) 상기 채널의 제2 섹션(50s) 내로 흘러들어 가기 전에, 상기 채널(50)(스크러빙 타워(10) 아래에 있는)의 중앙 섹션(50b)을 따라 집수 탱크(30) 전체를 통과하도록 한다. 이는 또한 상기 집수 탱크(30) 내에서 상기 폭기 수단(32)을 경유하여 공기를 도입함으로써, 규정된 방식으로 신선 및 기사용 액체의 혼합물을 처리할 수 있도록 한다. 이는 도 2에서 집수 탱크(30)의 수평방향 직경(길이) 전체에 걸쳐 연장하는 화살표 P로 표기되어 있다.

채널(50)에서 신선한 해수가 집수 영역(30)으로 유입되도록 하기 위해, 스크러빙 타워(10)에는, 상기 액체가 침투할 수 있는 제1 하부 벽 섹션(34f)이 구비되어 있다. 이와 동일한 형태의 침투 벽이 상기 제1 벽 섹션(34a)의 반대편에 상기 액체가 침투할 수 있는 제2 벽 섹션(34s)으로 설치되어 있다.

폭기장치(32)는 본 실시형태에서 채널 섹션(50b)의 바닥에 상당하는 탱크(30)의 바닥 위에 배치되어 있다.

Claims

스크러버 타워(10)를 갖춘 연도 가스 정화장치로, 상기 스크러버 타워(10)는
연도 가스 인입구(12) 및 연도 가스 출구(14),
액체 인입구(18) 및 액체 출구,
상기 연도 가스와 상기 액체가 상기 연도 가스 인입구 및 상기 액체 인입구(18) 사이에서 접촉하는 접촉 영역(10a),
폭기 수단(32) 및 상기 액체가 침투할 수 있는 바닥(34) 또는 측벽(34f, 34s)을 구비하며, 상기 접촉 영역(10a) 아래에서 상기 액체를 수집하는 집수용기(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스크러버 타워(10)를 갖춘 연도 가스 정화장치.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 바닥(34) 또는 측벽(34f, 34s)이 천공판, 유체-관통구를 구비한 3차원 프로파일, 구형 패킹, 밸브 중 적어도 하나에 따라 디자인되는 것을 특징으로 하는, 스크러버 타워(10)를 갖춘 연도 가스 정화장치.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 디스트리뷰터(20)를 추가로 포함하되, 상기 디스트리뷰터(20)는 상기 집수용기(30) 위쪽에 배치되며, 상기 액체가 상기 디스트리뷰터(20)를 관통하거나 상기 디스트리뷰터(20)에 인접하여 하향 유동하여 상기 집수장치(30) 내로 유입되는 것을 특징으로 하는, 스크러버 타워(10)를 갖춘 연도 가스 정화장치.
제3항에 있어서,
상기 디스트리뷰터(20)는 상기 스크러버 타워(10)의 내부 수평 단면의 적어도 50%에 걸쳐 연장하는 것을 특징으로 하는 스크러버 타워(10)를 갖춘 연도 가스 정화장치.
제3항에 있어서,
상기 디스트리뷰터(20)는 천공판, 유체-관통구(26)를 구비한 3차원 프로파일, 구형 패킹 중 적어도 하나에 따라 디자인되는 것을 특징으로 하는, 스크러버 타워(10)를 갖춘 연도 가스 정화장치.
제3항에 있어서,
상기 디스트리뷰터(20)는 스크러빙 타워(10)의 경계부 또는 스크러빙 타워(10)의 내벽에서 일정 거리 이격된 단부에 하나 이상의 관통홀을 구비하며, 상기 관통홀은 상기 액체가 통과하는 하나 이상의 관통-개구(20a)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 스크러버 타워(10)를 갖춘 연도 가스 정화장치.
제3항에 있어서,
상기 디스트리뷰터(20)는 연도 가스 인입구(12) 아래쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는, 스크러버 타워(10)를 갖춘 연도 가스 정화장치.
제1항에 있어서,
상기 집수용기(30)는, 상기 집수용기(30)의 제1 측면에 인접하는 제1 섹션(50f)에서부터 상기 집수장치(30)의 제1 측면의 반대편에 있는 상기 집수용기(30)의 제2 측면에 인접하는 제2 섹션(50s)까지 액체를 운송하는 채널(50)에 유동학적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 스크러버 타워(10)를 갖춘 연도 가스 정화장치.
제8항에 있어서,
상기 집수용기(30)는 상기 채널(50) 위쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는, 스크러버 타워(10)를 갖춘 연도 가스 정화장치.
제8항에 있어서,
상기 채널(50)은, 상기 집수 영역 아래쪽에, 상기 제1 및 제2 섹션(50f, 50s)에 비해 깊은 바닥 연장부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 스크러버 타워(10)를 갖춘 연도 가스 정화장치.
제8항에 있어서,
상기 집수용기(30)는 상기 채널(50)의 일부인 것을 특징으로 하는, 스크러버 타워(10)를 갖춘 연도 가스 정화장치.
제1항에 있어서,
상기 액체는 해수인 것을 특징으로 하는 스크러버 타워(10)를 갖춘 연도 가스 정화장치.