KR20190074806A - 배가스 처리 장치 및 그 처리 방법 - Google Patents

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KR20190074806A
KR20190074806A KR1020170176439A KR20170176439A KR20190074806A KR 20190074806 A KR20190074806 A KR 20190074806A KR 1020170176439 A KR1020170176439 A KR 1020170176439A KR 20170176439 A KR20170176439 A KR 20170176439A KR 20190074806 A KR20190074806 A KR 20190074806A
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김병일
이승재
박경태
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 배가스 처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 제철공정에서 발생하는 배가스를 마련하는 과정; 상기 배가스에서 황화수소를 분리하는 과정; 상기 황화수소를 분리하는 과정에서 발생하는 제1흡수액을 산가스와 제2흡수액으로 분리하는 재생 과정; 및 상기 제2흡수액으로부터 불순물을 분리하는 여과 과정;을 포함하고, 배가스 중 황화수소를 효율적으로 분리할 수 있다.

Description

배가스 처리 장치 및 그 처리 방법{Gas processing apparatus and method thereof}
본 발명은 배가스 처리 장치 및 그 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡수액의 청정도를 확보하여 배가스 중 황화수소의 분리 효율을 향상시킬 수 있는 배가스 처리 장치 및 그 처리 방법에 관한 것이다.
코크스 오븐에서 석탄을 건류하여 코크스를 생산하는 경우, 코크스 오븐 가스(Coke Oven Gas; COG)에는 여러 가지 성분들이 함유되어 있다. 이 중 이산화탄소, 황화수소, 암모니아, 시안화수소 등과 같은 산 가스(acid gas)는 가스 배관을 부식시키거나, 폐색을 일으키는 원인이 된다. 그리고 코크스 오븐 가스가 연료로 사용되는 경우, 공해를 유발하기 때문에 산 가스를 일정 농도 이하로 낮추어 사용하게 된다. 특히, 황화수소는 황산물에 의한 대기 오염 및 악취 유발이 심한 물질로 반드시 제거되어야 한다. 황화수소는 황화수소 포집기에 암모니아수, 아민 용액 등의 흡수액을 공급하여, 황화수소를 흡수액에 흡수시켜 제거한다. 그리고 황화수소를 흡수한 흡수액을 가열하여 산 가스를 분리한 다음, 산 가스로부터 황 성분을 분리, 제거하고 있다.
한편, 황화수소를 제거하는데 사용되는 흡수액은 재생기로 보내져 가열된 후 흡수액과 산 가스로 분리되고, 분리된 흡수액은 황화수소를 제거하는데 다시 사용될 수 있다. 그런데 흡수액으로 아민 용액을 사용하는 경우, 재생하는 과정에서 아세트산염(acetate), 포름산염(formate), 글리콜산염(glycolate) 등과 같은 불순물이 발생하게 된다. 이와 같은 불순물은 시간이 지남에 따라 아민 용액에 농축되어 아민 용액을 오염시켜, 황화수소의 포집율을 저하시키는 문제점이 있다.
JP 2013-108108 A
본 발명은 흡수액을 정제하는 과정에서 염 형태의 불순물을 제거하여 흡수액 중 불순물이 농축되는 것을 억제할 수 있는 배가스 처리 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명은 흡수액의 오염을 억제하여 배가스에 함유되는 황화수소의 정제 효율을 향상시킬 수 있는 배가스 처리 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배가스 처리 장치는, 배가스에 함유되는 황화수소를 분리하기 위한 황화수소 포집기; 상기 황화수소 포집기에서 발생하는 제1흡수액을 산가스와 제2흡수액으로 분리하기 위한 재생부; 및 상기 재생부에서 배출되는 제2흡수액으로부터 불순물을 분리하기 위한 여과부;를 포함할 수 있다.
상기 재생부는, 상기 제1흡수액을 처리하기 위한 공간을 제공하는 재생기; 및 상기 제1흡수액을 가열하기 위한 가열수단;을 포함할 수 있다.
상기 여과부는, 상기 제2흡수액을 처리하기 위한 공간을 제공하고, 상기 공간에 상기 제2흡수액을 주입하기 위한 주입구와, 제2흡수액을 배출하기 위한 배출구가 형성되는 용기; 상기 용기의 내부에 이격되어 구비되는 전극; 및 상기 전극에 전원을 인가하는 전원부;를 포함할 수 있다.
상기 용기와 연결되고, 세척액을 저장하기 위한 저장기; 및 상기 전원부의 동작을 제어하고, 상기 용기에 제2흡수액과 세척액을 선택적으로 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 여과부는, 교반수단을 포함할 수 있다.
상기 교반수단은, 교반기 또는 가스를 취입할 수 있는 노즐을 포함할 수 있다.
상기 전극은 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 전극의 표면에 상기 전극의 적어도 일부를 커버하는 막 구조체가 구비될 수 있다.
상기 막 구조체는 다공성 재질로 형성될 수 있다.
상기 황화수소 포집기 및 상기 재생기와 연통되고, 상기 제1흡수액의 이동 경로로 사용되는 제1연결배관; 및 상기 황화수소 포집기 및 상기 재생기와 연통되고, 상기 제2흡수액의 이동 경로로 사용되는 제2연결배관;을 포함하고, 상기 주입구는 상기 제2연결배관에 연결되고, 상기 배출구는 상기 제1연결배관에 연결될 수 있다.
상기 황화수소 포집기 및 상기 재생기와 연통되고, 상기 제1흡수액의 이동 경로로 사용되는 제1연결배관; 및 상기 황화수소 포집기 및 상기 재생기와 연통되고, 상기 제2흡수액의 이동 경로로 사용되는 제2연결배관;을 포함하고, 상기 주입구와 상기 배출구는 상기 제2연결배관에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배가스 처리 방법은, 제철공정에서 발생하는 배가스를 마련하는 과정; 상기 배가스에서 황화수소를 분리하는 과정; 상기 황화수소를 분리하는 과정에서 발생하는 제1흡수액을 산가스와 제2흡수액으로 분리하는 재생 과정; 및 상기 제2흡수액으로부터 불순물을 분리하는 여과 과정;을 포함할 수 있다.
상기 재생 과정은, 상기 제1흡수액을 가열하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 여과 과정은, 전극이 구비되는 용기에 상기 제2흡수액을 주입하는 과정; 상기 전극에 전원을 인가하여 상기 제2흡수액에 포함되는 불순물을 상기 전극에 부착시키는 과정; 및 불순물이 제거된 제3흡수액을 배출시키는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 용기에 세척액을 주입하는 과정; 상기 전극에 인가되는 전원을 차단하는 과정; 및 불순물이 함유된 세척액을 배출시키는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 불순물이 함유된 세척액을 배출시키는 과정 이전에, 상기 세척액을 교반하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 제2흡수액을 주입하는 과정은, 상기 재생과정에서 분리된 제2흡수액 전체 유량에 대해서 10 내지 30% 주입할 수 있다.
상기 제1흡수액, 상기 제2흡수액 및 상기 제3흡수액은 아민 수용액을 포함할 수 있다.
상기 제1흡수액 중 불순물의 농도를 저감시키도록 상기 제3흡수액을 상기 제1흡수액에 취합하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 황화수소를 분리하는 과정에서 사용하도록 상기 제3흡수액을 상기 제2흡수액에 취합하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태들에 의하면, 코크스 오븐 가스 등의 배가스를 정제하는데 사용되는 흡수액의 청정도를 확보할 수 있다. 따라서 배가스의 정제 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 흡수액의 교체 주기를 연장하여 흡수액을 구매하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배가스 처리 장치를 개념적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 변형 예에 따른 배가스 처리 장치를 개념적으로 도시한 블록도.
도 3은 배가스 처리 장치에 구비되는 여과부를 개념적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배가스 처리 방법 중 흡수액을 처리하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배가스 처리 방법 중 용기를 세척하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배가스 처리 방법으로 흡수액에 함유되는 불순물을 제거한 실험 결과를 보여주는 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 요소를 명확하게 표현하기 위하여 크기를 과장하거나 확대하여 표현하였으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 다양한 산업 현장에서 발생하는 배가스를 정제할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이하에서는 코크스를 제조하는 과정에서 발생하는 코크스 오븐 가스(Coke Oven Gas, COG)를 정제하는 장치 및 방법을 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배가스 처리 장치를 개념적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 변형 예에 따른 배가스 처리 장치를 개념적으로 도시한 블록도이고, 도 3은 배가스 처리 장치에 구비되는 여과부를 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배가스 처리 장치는, 코크스 오븐(미도시)에서 배출되는 코크스 오븐 가스로부터 황화수소(H2S)를 분리하는 황화수소 포집기(100)와, 황화수소 포집기(100)에서 발생하는 제1흡수액을 산가스와 제2흡수액으로 분리하기 위한 재생부(200) 및 재생부(200)에서 배출되는 제2흡수액으로부터 불순물을 분리하기 위한 여과부(300)를 포함할 수 있다. 이하에서 흡수액은 초기에 황화수소 포집기(100)에 공급되는 것을 의미하고, 제1흡수액은 흡수액을 황화수소 포집기(100)를 통과시켜 황화수소를 포집한 흡수액을 의미하고, 제2흡수액은 재생기에서 제1흡수액으로부터 산가스를 분리한 흡수액을 의미하며, 제3흡수액은 제2흡수액으로부터 불순물을 분리한 상태의 흡수액을 의미할 수 있다. 또한, 흡수액, 제1흡수액, 제2흡수액 및 제3흡수액은 아민 수용액을 포함할 수 있다.
황화수소 포집기(100)는 하부에 코크스 오븐 가스를 유입시킬 수 있는 입구(미도시)와, 상부에 황화수소가 분리된 코크스 오븐 가스를 배출시킬 수 있는 출구(미도시)가 형성될 수 있다. 또한, 내부에 흡수액을 분사하기 위한 노즐(미도시)이 구비될 수 있다.
재생부(200)는 황화수소 포집기(100)에서 배출되는 제1흡수액을 처리하기 위한 공간을 제공하는 재생기(210)와, 재생기(210) 내부로 공급되는 제1흡수액을 가열하기 위한 가열수단(220)을 포함할 수 있다. 이때, 가열수단(220)은 스팀을 발생시키고, 발생된 스팀을 재생기(210) 내부로 제공하여 제1흡수액을 가열할 수 있다. 이에 재생부(200)는 제1흡수액을 약 120℃ 정도로 가열하여 산가스와 제2흡수액으로 분리할 수 있다. 분리된 산가스는 재생기(210)에서 배출된 후 유황제조설비로 제공되고, 제2흡수액은 황화수소 포집기(100)로 제공되어 코크스 오븐 가스로부터 황화수소를 분리하는데 다시 사용될 수 있다.
이에 황화수소 포집기(100)와 재생기(210)는 제1흡수액이 이동하는 경로를 형성하는 제1연결배관(510)과, 제2흡수액이 이동하는 경로를 형성하는 제2연결배관(512)으로 연결될 수 있다. 이때, 제1연결배관(510)과 제2연결배관(512)에는 제1흡수액과 제2흡수액의 흐름을 유도하기 위한 펌프(미도시)와, 제1흡수액과 제2흡수액의 온도를 조절하기 위한 열교환수단(미도시) 등이 구비될 수 있다. 그리고 제2연결배관(512)에는 흡수액을 저장하는 흡수액 저장기(400)가 연결될 수 있다. 흡수액 저장기(400)는 오염되지 않은 흡수액을 저장하며, 흡수액 저장기(400)에 저장된 흡수액은 흡수액을 교체하거나 보충할 때 사용될 수 있다.
여과부(300)는 재생기(210)에서 황화수소 포집기(100)로 공급되는 제2흡수액으로부터 불순물, 예컨대 아세트산염(acetate), 포름산염(formate), 글리콜산염(glycolate), 비신(bicine) 등과 같은 염 형태의 불순물을 제거할 수 있다.
여과부(300)는 제2흡수액으로부터 불순물을 제거하고, 불순물이 제거된 제2흡수액, 즉 제3흡수액을 황화수소 포집기(100)로 공급할 수 있다. 이때, 여과부(300)는 제2연결배관(514)과 연결되어 제2연결배관(514)을 따라 이동하는 제2흡수액을 제공받고, 제2연결배관(514)으로 제3흡수액을 제공할 수 있다. 이에 여과부(300)에서 배출되는 제3흡수액은 제2흡수액과 취합되어 황화수소 포집기(100)로 공급될 수 있다.
또는, 도 2에 도시된 바와 같이 여과부(300)는 제2연결배관(512) 및 제1연결배관(510)과 연결될 수 있다. 이에 여과부(300)는 제2연결배관(512)을 따라 이동하는 제2흡수액을 제공받아 불순물을 제거하고, 불순물이 제거된 제2흡수액, 즉 제3흡수액을 제1연결배관(510)으로 공급할 수 있다. 이에 여과부(300)에서 배출되는 제3흡수액은 제1흡수액과 취합되어 재생기(210)로 공급될 수 있다. 이 경우, 제1흡수액 중 불순물 및 황화수소 농도를 저감시킬 수 있다. 따라서 재생기(210)에서 제1흡수액의 처리 효율을 향상시켜 줄 수 있다.
도 3을 참조하면, 여과부(300)는 제2흡수액을 처리하기 위한 공간을 제공하고, 공간에 제2흡수액을 주입하기 위한 제1주입구(312a) 및 제2흡수액을 배출하기 위한 제1배출구(314a)가 형성되는 용기(310)와, 용기(310)의 내부에 이격되어 구비되는 전극(320) 및 전극(320)에 전원을 인가하는 전원부(315)를 포함할 수 있다.
또한, 용기(310)와 연결되고, 세척액을 저장하기 위한 제1저장기(330) 및 전원부(315)의 동작을 제어하고 용기(310)에 제2흡수액과 세척액을 선택적으로 공급하도록 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 이에 용기(310)에는 세척액을 주입하기 위한 제2주입구(312b)와 세척액을 배출하기 위한 제2배출구(314b)가 형성될 수 있다.
이외에도 용기(310)에서 배출되는 세척액을 저장하기 위한 제2저장기(340)를 포함할 수 있다. 또한, 세척액을 이용하여 용기(310) 내부를 세척하는 경우, 이후 설명하는 막 구조체(322)에 부착된 불순물의 제거 효율을 향상시키기 위해 세척액을 교반하기 위한 교반수단(미도시)을 구비할 수도 있다. 이때, 교반수단은 세척액을 기계적으로 교반할 수 있는 교반기나, 용기(310) 내부로 가스를 취입하여 기포를 발생시킬 수 있는 노즐 등을 포함할 수 있다.
용기(310)는 제2흡수액을 공급받을 수 있도록 제3연결배관(514)을 통해 제2연결배관(512)에 연결될 수 있다. 제3연결배관(514)은 제1주입구(312a)와 제2연결배관(512)을 연결할 수 있다. 그리고 불순물이 제거된 제2흡수액, 즉 제3흡수액을 황화수소 포집기(100)로 공급할 수 있도록, 용기(310)는 제4연결배관(516)을 통해 제2연결배관(512)에 연결될 수 있다. 이때, 제4연결배관(516)은 제2흡수액의 이동 방향에 대해서 제3연결배관(514)의 전방, 즉 황화수소 포집기(100)에 인접한 쪽에 배치될 수 있다. 제4연결배관(516)은 제1배출구(314a)와 제2연결배관(512)을 연통시킬 수 있다.
또는, 도 2에 도시된 것처럼, 제4연결배관(516')은 제1연결배관(510)과 제1배출구(314a)를 연통시킬 수도 있다.
전극(320)은 용기(310)의 내부에 서로 이격되도록 구비될 수 있다. 전극(320)은 양극(320a)과 음극(320b)으로 이루어지며, 용기(310)의 서로 마주보는 내벽에 접촉하도록 구비될 수도 있고, 용기(310)의 내벽으로부터 이격되도록 구비될 수도 있다.
또한, 전극(320)은 플레이트 형상으로 형성되고, 표면에는 전극(320)의 적어도 일부를 커버할 수 있는 막 구조체(322)가 구비될 수 있다. 막 구조체(322)는 불순물의 부착 및 분리를 용이하게 하며, 도전체 또는 부도체로 형성될 수 있다. 막 구조체(322)는 매우 얇은 두께를 갖는 필름 형상으로 형성되어, 부도체로 형성하더라도 불순물을 부착시키는데 문제가 없다.
막 구조체(322)는 불순물의 부착 효율을 증가시킬 수 있도록 다공성 재질로 형성되거나, 요철구조를 갖도록 형성될 수도 있다.
전원부(315)는 용기(310)의 외부에 구비되고, 전극(320)에 전원을 인가할 수 있도록 배선을 통해 전극(320)과 연결될 수 있다.
이러한 구성을 통해 여과부(300)는 제2흡수액으로부터 불순물, 예컨대 이온성 불순물을 전극(320) 또는 막 구조체(322)에 부착시켜 분리할 수 있다.
제1저장기(330)는 용기(310) 내부를 세척하기 위한 세척액을 저장할 수 있다. 제1저장기(330)는 용기(310)에 형성된 제2주입구(312b)에 연결되어 용기(310) 내부로 세척액을 공급할 수 있다.
제2저장기(340)는 용기(310)를 세척한 세척액, 즉 불순물을 함유하는 세척액을 저장할 수 있다. 제2저장기(340)는 제2배출구(314b)와 연결되어 용기(310) 내부에서 배출되는 세척액을 저장할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 배가스 처리 방법에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배가스 처리 방법 중 흡수액을 처리하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배가스 처리 방법 중 용기를 세척하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 배가스 처리 방법은, 제철공정에서 발생하는 배가스를 마련하는 과정과, 배가스에서 황화수소를 분리하는 과정과, 상기 황화수소를 분리하는 과정에서 발생하는 제1흡수액을 산가스와 제2흡수액으로 분리하는 재생 과정 및 제2흡수액으로부터 불순물을 분리하는 여과 과정을 포함할 수 있다. 여기에서 배가스는 코크스 오븐 가스일 수 있다.
먼저, 코크스 오븐에서 코크스 오븐 가스가 배출되면, 냉각기와 집진기를 통과시켜 냉각 및 타르 등의 불순물을 제거한다. 이후, 코크스 오븐 가스를 황화수소 포집기(100)의 입구를 통해 공급하여 황화수소 포집기(100)를 따라 이동시키면서 코크스 오븐 가스에 함유되는 황화수소를 분리한다. 이때, 황화수소 포집기(100)에는 흡수액이 공급되고, 배가스는 흡수액과 접촉하게 된다. 그리고 코크스 오븐 가스 중 황화수소는 흡수액에 흡수되어 코크스 오븐 가스로부터 분리될 수 있다. 황화수소 포집기(100)를 통과한 코크스 오븐 가스는 황화수소가 분리된 상태로 출구를 통해 배출될 수 있다.
코크스 오븐 가스로부터 황화수소를 분리하는데 사용되는 흡수액은 아민 수용액을 포함할 수 있다. 아민 수용액, 예컨대 MDEA (Methyl Di-Ethanol Amine) 수용액은 하기의 식1과 같이 황화수소와 이온결합을 통해 ((C3H4OH)2NHCH3)SH) 수용액을 생성하며 황화수소를 흡수하고, 가열하면 MDEA 수용액과 황화수소로 분리할 수 있다. 이때, 사용될 수 있는 아민 수용액은 MEA(Mono-Ethanol Amine), DEA(Di-Ethanol Amine) 및 MDEA(Methyl Di-Ethanol Amime) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
식1) (C2H4OH)2NCH3 + H2S -> ((C3H4OH)2NHCH3)SH)
이와 같이 코크스 오븐 가스로부터 황화수소를 분리하는 과정에서 발생하는 황화수소를 함유한 흡수액, 즉 제1흡수액은 황화수소 포집기(100)에서 배출되어 제1연결배관(510)을 통해 재생기(210)로 유입될 수 있다.
재생기(210)로 유입된 제1흡수액은 가열수단(220)에 의해 가열되어 산 가스와 제2흡수액으로 분리될 수 있다. 이때, 가열수단(220)은 스팀을 발생시켜 재생기(210)로 공급하며, 이에 제1흡수액은 약 120℃ 정도로 가열되고, 제1흡수액은 산 가스와 제2흡수액으로 분리될 수 있다. 분리된 산 가스는 유황제조설비로 공급되고, 제2흡수액은 제2연결배관(512)을 통해 황화수소 포집기(100)로 공급될 수 있다.
제2연결배관(512)을 통해 황화수소 포집기(100)로 공급되는 제2흡수액은 불순물을 제거하기 위한 여과부(300)로 공급될 수 있다. 제1흡수액은 아민 수용액을 포함하는데, 아민 수용액을 재생기(210)에서 가열하면 불순물, 예컨대 아세트산염, 포름산염, 글리콜산염 등과 같은 불순물이 생성된다. 이렇게 재생기(210)에서 재생된 제2흡수액은 황화수소 포집기(100)와 재생기(210)를 반복적으로 순환하게 되고, 시간이 지남에 따라 불순물은 제2흡수액 및 제1흡수액에 전술한 불순물이 농축될 수 있다.
이에 본 발명에서는 황화수소 포집기(100)에서 배출되는 제1흡수액을 재생기(210)에서 재생하고, 여과부(300)에서 재생기(210)에서 배출되는 제2흡수액으로부터 불순물을 을 제거함으로써 황화수소 포집기(100)와 재생기(210)를 따라 반복적으로 순환하는 제1흡수액과 제2흡수액에 불순물이 농축되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다. 이에 황화수소 포집기(100)에서 황화수소의 포집 효율을 향상시킬 수 있는 동시에, 재생기(210)에서 제1흡수액을 재생하는데 걸리는 부하를 경감하여 재생 효율도 향상시킬 수 있다.
재생기(210)에서 배출되어 제2연결배관(512)을 따라 이동하는 제2흡수액의 일부를 제3연결배관(514)을 통해 여과부(300)로 도입시킨다. 이때, 여과부(300)는 제2연결배관(512)을 통해 이동하는 제2흡수액의 일부, 예컨대 제2흡수액 전체 유량에 대해서 10 내지 30% 정도를 공급받아 불순물을 제거할 수 있다. 이는 여과부(300)에서 불순물을 제거하는 과정이 연속적으로 수행되지 않기 때문으로, 여과부(300)에서 제2흡수액 중 불순물을 제거하는 동안 나머지 제2흡수액을 이용하여 황화수소를 포집하기 위함이다.
여과부(300)에서 제2흡수액을 여과하는 과정은 다음과 같이 수행될 수 있다.
제2연결배관(512)을 따라 이동하는 제2흡수액을 제3연결배관(514)과 연결된 제1주입구(312a)를 통해 용기(310) 내부로 주입한다(도 4의 (a) 참조). 이때, 제1배출구(314a), 제2주입구(312b) 및 제2배출구(314b)는 폐쇄된 상태이다. 제2흡수액이 용기(310) 내부에 어느 정도 주입되면, 전원부(315)를 통해 용기(310)에 구비되는 전극(320)에 전원을 인가한다. 제2흡수액에 함유되는 불순물들은 이온 상태로 존재하고 있기 때문에 전극(320)에 전원을 인가하면, 불순물들은 전극(320) 또는 전극(320) 표면에 구비되는 막 구조체(322)에 부착될 수 있다(도 4의 (b) 참조).
예컨대 아세트산염은 Mn(CH3COO)n으로 표현될 수 있다. (여기에서 M은 n가
금속임)
아세트산염은 수용액에서 M+, CH3COO-으로, 즉 이온 상태로 존재하게 된다.
이에 전극(320)에 전원이 인가되면, 양이온(M+)은 음극(320b)에 부착되고, 음이온(CH3COO-)은 양극(320a)에 부착되어 제2흡수액에 함유되는 불순물을 제거할 수 있다.
일정 시간이 지난 후 제1배출구(314a)를 개방하여 불순물이 제거된 제2흡수액, 즉 제3흡수액을 배출시킬 수 있다(도 4의 (c) 참조). 제3흡수액은 제4연결배관(516)을 통해 제2연결배관(512)으로 공급될 수 있다. 이에 제3흡수액은 제2연결배관(512)을 따라 이동하는 제2흡수액과 취합되어 황화수소 포집기(100)로 공급될 수 있다. (도 1 참조)
또는, 제3흡수액은 제4연결배관(516')을 통해 제1연결배관(510)으로 공급될 수 있다. 이에 제3흡수액은 제1연결배관(510)을 따라 이동하는 제1흡수액과 취합되어 재생기(210)로 공급될 수 있다. (도 2 참조)
여기에서 제3흡수액을 제1연결배관(510) 또는 제2연결배관(512)으로 공급하는 것으로 설명하고 있으나, 제1연결배관(510)과 제2연결배관(512) 모두에 공급할 수도 있다.
이와 같이 용기(310)에서 제3흡수액이 배출되면, 제2흡수액에 함유되어 있던 불순물들은 전극(320) 또는 막 구조체(322)에 부착되어 용기(310) 내에 잔류하게 된다.
제3흡수액이 배출되면, 제1저장기(330)에 저장되어 있는 세척액을 제2주입구(312b)를 통해 용기(310) 내부에 공급한다(도 5의 (a) 참조). 용기(310)에 세척액이 어느 정도 공급되면, 전원부(315)에서 전극(320)으로 공급되는 전원을 차단한다. 전극(320)에 전원이 차단되면, 불순물들이 전극(320) 또는 막 구조체(322)에서 분리되면서 세척액으로 유입될 수 있다(도 5의 (b) 참조).
이때, 불순물이 전극(320) 또는 막 구조체(322)로부터 원활하게 분리될 수 있도록, 교반기나 가스 취입을 통해 세척액을 교반할 수도 있다.
이후, 일정 시간이 지난 후 제2배출구(314b)를 개방하여 세척액, 즉 불순물이 함유된 세척액을 제2저장기(340)로 배출시킨다(도 5의 (c) 참조). 이를 통해 용기(310) 내부에 잔류하는 불순물을 제거할 수 있다.
배가스를 처리하는 과정에서 이와 같은 과정을 반복적으로 수행하여, 제1연결배관(510) 및 제2연결배관(512)을 통해 이동하는 흡수액, 예컨대 제1흡수액 및 제2흡수액에 불순물이 농축되는 것을 억제할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 배가스 처리 방법의 효과를 살펴본다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배가스 처리 방법으로 흡수액에 함유되는 불순물을 제거한 실험 결과를 보여주는 그래프이다.
먼저, 전극이 설치된 실험 용기에 포름산염의 농도가 1000ppm인 수용액을 주입하였다. 그리고 전극에 전원을 단속적으로 인가하면서 수용액 중 포름산염 농도를 측정하였다.
도 6을 참조하면, 수용액 중 포름산염 농도가 증가와 감소를 반복하는 것을 알 수 있다. 이때, 포름산염 농도가 감소하는 구간은 전극에 전원이 인가되어 수용액 중 포름산 이온이 전극에 부착(흡착)됨으로써 수용액 중 포름산염 농도가 감소하는 것을 의미한다. 그리고 포름산염 농도가 증가하는 구간은 전원을 차단하여 전극에 부착되어 있던 포름산 이온이 전극에서 분리(탈착)되어 수용액으로 다시 유입됨으로써 수용액 중 포름산염 농도가 증가하는 것을 의미한다.
이를 통해 재생기에서 배출되는 흡수액, 예컨대 제2흡수액으로부터 불순물, 예컨대 이온성 불순물을 제거할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 황화수소 포집기 200: 재생부
300: 여과부

Claims (19)

  1. 배가스에 함유되는 황화수소를 분리하기 위한 황화수소 포집기;
    상기 황화수소 포집기에서 발생하는 제1흡수액을 산가스와 제2흡수액으로 분리하기 위한 재생부; 및
    상기 재생부에서 배출되는 제2흡수액으로부터 불순물을 분리하기 위한 여과부;
    를 포함하는 배가스 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 재생부는,
    상기 제1흡수액을 처리하기 위한 공간을 제공하는 재생기; 및
    상기 제1흡수액을 가열하기 위한 가열수단;을 포함하는 배가스 처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 여과부는,
    상기 제2흡수액을 처리하기 위한 공간을 제공하고, 상기 공간에 상기 제2흡수액을 주입하기 위한 주입구와, 제2흡수액을 배출하기 위한 배출구가 형성되는 용기;
    상기 용기의 내부에 이격되어 구비되는 전극; 및
    상기 전극에 전원을 인가하는 전원부;
    를 포함하는 배가스 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 용기와 연결되고, 세척액을 저장하기 위한 저장기; 및
    상기 전원부의 동작을 제어하고, 상기 용기에 제2흡수액과 세척액을 선택적으로 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 배가스 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 여과부는,
    교반수단을 포함하는 배가스 처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 교반수단은,
    교반기 또는 가스를 취입할 수 있는 노즐을 포함하는 배가스 처리 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 전극은 플레이트 형상으로 형성되고,
    상기 전극의 표면에 상기 전극의 적어도 일부를 커버하는 막 구조체가 구비되는 배가스 처리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 막 구조체는 다공성 재질로 형성되는 배가스 처리 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 황화수소 포집기 및 상기 재생기와 연통되고, 상기 제1흡수액의 이동 경로로 사용되는 제1연결배관; 및
    상기 황화수소 포집기 및 상기 재생기와 연통되고, 상기 제2흡수액의 이동 경로로 사용되는 제2연결배관;을 포함하고,
    상기 주입구는 상기 제2연결배관에 연결되고,
    상기 배출구는 상기 제1연결배관에 연결되는 배가스 처리 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 황화수소 포집기 및 상기 재생기와 연통되고, 상기 제1흡수액의 이동 경로로 사용되는 제1연결배관; 및
    상기 황화수소 포집기 및 상기 재생기와 연통되고, 상기 제2흡수액의 이동 경로로 사용되는 제2연결배관;을 포함하고,
    상기 주입구와 상기 배출구는 상기 제2연결배관에 연결되는 배가스 처리 장치.
  11. 제철공정에서 발생하는 배가스를 마련하는 과정;
    상기 배가스에서 황화수소를 분리하는 과정;
    상기 황화수소를 분리하는 과정에서 발생하는 제1흡수액을 산가스와 제2흡수액으로 분리하는 재생 과정; 및
    상기 제2흡수액으로부터 불순물을 분리하는 여과 과정;을 포함하는 배가스 처리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 재생 과정은,
    상기 제1흡수액을 가열하는 과정을 포함하는 배가스 처리 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 여과 과정은,
    전극이 구비되는 용기에 상기 제2흡수액을 주입하는 과정;
    상기 전극에 전원을 인가하여 상기 제2흡수액에 포함되는 불순물을 상기 전극에 부착시키는 과정; 및
    불순물이 제거된 제3흡수액을 배출시키는 과정;
    을 포함하는 배가스 처리 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 용기에 세척액을 주입하는 과정;
    상기 전극에 인가되는 전원을 차단하는 과정; 및
    불순물이 함유된 세척액을 배출시키는 과정;
    을 포함하는 배가스 처리 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 불순물이 함유된 세척액을 배출시키는 과정 이전에,
    상기 세척액을 교반하는 과정을 포함하는 배가스 처리 방법.
  16. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 제2흡수액을 주입하는 과정은,
    상기 재생과정에서 분리된 제2흡수액 전체 유량에 대해서 10 내지 30% 주입하는 배가스 처리 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1흡수액, 상기 제2흡수액 및 상기 제3흡수액은 아민 수용액을 포함하는 배가스 처리 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1흡수액 중 불순물의 농도를 저감시키도록 상기 제3흡수액을 상기 제1흡수액에 취합하는 과정을 포함하는 배가스 처리 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 황화수소를 분리하는 과정에서 사용하도록 상기 제3흡수액을 상기 제2흡수액에 취합하는 과정을 포함하는 배가스 처리 방법.
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