KR20220142153A - 용해성 유해 가스 분리 장치 - Google Patents

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Abstract

용해성 유해 가스 분리 장치가 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치는 메인 바디; 상기 메인 바디에 형성되고 유해 가스가 주입되는 유해 가스 주입부; 상기 메인 바디에 구비되고 용해제가 주입되는 한 쌍의 용해제 주입부; 및 상기 메인 바디에 구비되고, 적어도 하나의 분출구가 각각 형성되는 한 쌍의 용해제 운송 파이프를 포함할 수 있다.

Description

용해성 유해 가스 분리 장치 {APPARATUS OF SEPARATING SOLUBLE EXHAUST GAS}
본 발명은 용해성 유해 가스 분리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기 가스 내에 존재하는 용해성 유해 가스를 유해 가스와 용해제의 기-액 접촉(gas-liquid contact)을 통해 분리하기 위한 용해성 유해 가스 분리 장치에 관한 것이다.
연소 과정 및 제품 생산 공정에서 발생하는 다양한 유해 가스는 대기 중으로 배출되어 산성비, 이상 기후, 산림 파괴 등 환경에 영향을 줄 뿐만 아니라 인체에 흡입되면 급성 중독, 호흡기 질환, 피부 질환, 및 가시 거리 감소 등 인체와 생활에 직, 간접적인 영향을 주고 있다. 그럼에도 불구하고 산업 발달에 따른 연소 및 배기 가스의 계속적인 배출은 불가피하기 때문에, 유해 가스의 적절한 분리 및 처리가 반드시 필요한 실정이다.
연소 및 배기 가스 처리 시스템에서 활용되는 대표적인 것으로 세정제의 오염 가스 흡수 원리를 활용한 세정집진장치(스크러버, scrubber)가 있다. 이는 배기 가스와 세정제를 직접 접촉하여 배기 가스 내에 존재하는 유해 가스를 흡수한다. 제거하고자 하는 대상 가스에 따라 다양한 세정제가 적용 가능하다는 장점이 있으며, 다양한 형태의 스크러버를 통해 물질 전달 속도를 조절함으로써 높은 제거 효율을 기대할 수 있다.
일반적으로 스크러버는 제거하고자 하는 오염 물질 및 세정제의 상태 (고체, 액체, 기체)에 따라 건식 스크러버(dry scrubber), 반건식 스크러버(spray dry scrubber), 습식 스크러버(wet scrubber)로 구분할 수 있다. 스크러버의 오염 물질과 세정제의 접촉 방식은 물성(농도, 점도 등)에 따라 결정되어, 유수식, 가압수식, 회전식, 직화식, 전기히터식, 촉매흡착식 등이 있으며 분수, 벤츄리, 냉각탑, 기포탑, 분무탑, 충진탑 등의 형태가 있다.
이 중 세정제의 흡수에 의한 연소 및 배기 가스의 오염 물질 제거에 있어서 가장 적합한 습식 스크러버는 액적, 액막, 기포 등에 의해 함진 가스를 세정하여 입자에 부착, 입자상호간의 응집을 촉진시켜 직접 가스의 흐름으로부터 입자를 분리시키는 장치이다. 유수식, 가압수식, 회전식이 적합하며 일반적으로 많이 쓰이는 방법은 throat 구조를 이용한 집진효율이 가장 높은 벤츄리 스크러버, 사이클론 시스템의 회전원리를 이용한 사이클론 스크러버, 분사를 이용한 분무식 스크러버 등이 있다.
그러나 습식 스크러버의 경우 용해제의 고압분사, 또는 패킹을 사용하여 액-기 물질 전달 표면적을 증가시켜 흡수 효율을 증가시키는 방식이므로 높은 운전비를 요구하거나 낮은 흡수 효율을 가지며, 이를 극복하기 위해서 스크러버의 규모가 커짐에 따라 높은 투자비가 요구된다. 특히, 벤츄리 스크러버의 경우 오염 가스 처리 효율이 상대적으로 높으나 과도한 압력 손실로 인해 높은 운전 동력비가 요구되며, 사이클론 또는 분무식 스크러버의 경우 압력 손실이 적으나 오염 가스 제거 효율이 낮다. 따라서, 오염 가스 제거 효율 및 낮은 동력비를 모두 만족하는 새로운 시스템의 개발이 요구된다.
습식 스크러버의 효율을 결정하는 요소는 기체와 액체 사이의 물질 전달과 체류시간이 있다. 물질 전달은 기-액 접촉 계면의 면적 및 시간에 비례하며, 체류시간은 스크러버 장치의 기-액 접촉 부의 길이와 단계에 의해 결정된다. 이를 위해 액상의 세정제를 미립화 하여 접촉 계면을 최대화하거나 오염 가스를 마이크로 단위 이하로 세정제에 분사하는 방법이 일반적이며, 다단 구성을 통해 충분한 체류시간을 유지하여 기-액 접촉 시간을 확보한다. 그 밖에도 스크러버 벽면에 패들(paddle) 또는 임펠러(impeller)를 통해하여 물리적 와류를 형성하여 교반 효과를 주는 방법도 있으며 스크러버 내부에 유체의 이동 경로(flow path)을 구성하여 유체의 흐름을 유도하는 방법도 있다.
스크러버는 다양한 종류와 형태가 있으나 높은 오염 가스 제거 효율과 적절한 동력비를 모두 만족하기 위해서는 더 나은 장치의 개발이 필요하다. 또한, 미세 분사 장치나 미립화 장치와 같은 유지, 보수가 필요한 공정을 최소화함으로써 장치의 수명과 유지비용을 최소화하는 효율적인 공정이 필요하다. 뿐만 아니라, 스크러버의 체류시간을 고려하여 장치의 다단 구성에 있어 최소한의 공간 및 설치비용이 요구되며, 다단 구성 요소 간의 유체 전달 동력을 필요로 하지 않는 에너지 효율적인 공정이 필요하다. 결과적으로, 다양한 배출원에서의 연소 및 배기 가스에 있어 배출량을 고려하여 효율적인 오염 가스의 제거와 최소한의 동력비 및 유지, 보수비를 가지는 현장적용성이 뛰어난 기술 개발이 필요하다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화석 연료의 연소에 의해 발생하는 배기 가스와 용해제를 기-액 접촉을 통해 혼합하고, 용해성 가스가 용해된 용해제와 비용해성 가스를 분리 회수할 수 있는 용해성 유해 가스 분리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치는 메인 바디; 상기 메인 바디에 형성되고 유해 가스가 주입되는 유해 가스 주입부; 상기 메인 바디에 구비되고 용해제가 주입되는 한 쌍의 용해제 주입부; 및 상기 메인 바디에 구비되고, 적어도 하나의 분출구가 각각 형성되는 한 쌍의 용해제 운송 파이프를 포함할 수 있다.
상기 용해제 운송 파이프는 제1 운송 파이프; 및 상기 제1 운송 파이프의 하류에 구비되고 상기 제1 운송 파이프보다 부피가 큰 제2 운송 파이프를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 용해제 운송 파이프는 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 용해제 운송 파이프에 각각 형성되는 분출구에서 배출되는 용해제는 서로 마주보는 방향으로 분출될 수 있다.
상기 한 쌍의 제2 운송 파이프는 상기 배기 가스 주입부의 수직 하방에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치는 상기 용해제 주입부에서 주입된 용해제를 압송하는 용해제 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 용해제 펌프는 상기 제1 운송 파이프에 설치될 수 있다.
상기 메인 바디에는 상기 한 쌍의 용해제 운송 파이프를 통해 유해 가스에 포함된 용해제를 배출하는 용해제 배출부가 형성될 수 있다.
상기 용해제 배출부는 상기 한 쌍의 용해제 운송 파이프의 하부에 형성될 수 있다.
상기 메인 바디에는 상기 한 쌍의 용해제 운송 파이프에서 배출되는 용해제를 통해 유해 가스에 포함된 오염 물질이 제거된 처리 가스가 배출되는 처리 가스 배출부가 형성될 수 있다.
상기 처리 가스 배출부는 상기 메인 바디의 측면에 형성될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치에 의하면, 서로 마주보는 한 쌍의 용해제 운송 파이프의 분출구를 통해 분출되는 용해제가 부딪히면서 용해제가 미립자화되어 배기 가스와 용해제의 혼합이 원활해지고, 이를 통해 배기 가스의 정화 효율이 향상된다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치의 구성을 도시한 또 다른 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 한 쌍의 용해제 운송 파이프의 구성을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 한 쌍의 용해제 운송 파이프의 구성을 도시한 사시도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치의 구성을 도시한 도면이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치의 구성을 도시한 또 다른 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 분리 장치는 메인 바디(10), 메인 바디(10)에 형성되는 유해 가스 주입부, 용해제를 저장하는 용해제 저장 탱크(20), 용해제 저장 탱크(20)에 저장되는 용해제를 메인 바디(10) 내부로 분사하는 용해제 운송 파이프(40), 및 용해제 저장 탱크(20)에 저장된 용해제를 압송하는 용해제 펌프(30)를 포함할 수 있다.
유해 가스 주입부는 메인 바디(10)에 형성되고, 메인 바디(10) 내부로 유해 가스를 주입시킨다. 유해 가스 주입부는 메인 바디(10)의 상부 중앙에 형성되고, 유해 가스 주입부를 유입되는 유해 가스는 메인 바디(10)의 아래 쪽으로 주입될 수 있다.
용해제 운송 파이프(40)는 메인 바디(10)에 한 쌍이 구비되고, 각각의 용해제 운송 파이프(40)에는 적어도 하나의 분출구(47)가 각각 형성된다. 용해제 운송 파이프(40)는 대략 파이프 형상으로 형성될 수 있다. 용해제 운송 파이프(40)를 통해 메인 바디(10) 내부로 유입되는 용해제(예를 들어, 물 등)는 유해 가스와 기-액 접촉을 통해 유해 가스에 포함된 오염 물질을 제거한다.
이를 위해, 각각의 용해제 운송 파이프(40)는 제1 운송 파이프(41), 및 제1 운송 파이프(41)의 하류에 구비되는 제2 운송 파이프(45)를 포함할 수 있다. 제1 운송 파이프(41)는 제1 메인 운송 파이프(42), 및 제1 메인 운송 파이프(42)에서 두 개로 분기하는 제1 보조 운송 파이프(43)를 포함할 수 있다. 제1 운송 파이프(41)의 제1 메인 운송 파이프(42)는 용해제 저장 탱크(20)와 유체적으로 연결(fluidly communicated)되고, 제1 운송 파이프(41)의 제1 보조 운송 파이프(43)는 제2 운송 파이프(45)와 유체적으로 연결(fluidly communicated)된다.
본 발명의 실시 예에서, 서로 마주보는 한 쌍의 제2 운송 파이프(45)는 배기 가스 주입부(11)의 수직 하방에 배치될 수 있다. 이를 통해, 제2 운송 파이프(45)의 분출구(47)를 통해 분출되어 충돌하는 용해제와 배기 가스 주입부(11)를 통해 메인 바디(10) 내부로 유입되는 배기 가스의 혼합이 원활해진다.
본 발명의 실시 예에서, 제2 운송 파이프(45)의 부피는 제1 운송 파이프(41)의 제1 보조 운송 파이프(43)의 부피보다 크게 형성된다. 다르게 표현하면, 제2 운송 파이프(45)의 단면적은 제1 운송 파이프(41)의 제1 보조 운송 파이프(43)의 단면적보다 크게 형성된다. 이와 같이, 제2 운송 파이프(45)의 단면적이 제1 운송 파이프(41)의 제1 보조 운송 파이프(43)의 단면적보다 크게 형성됨으로써, 제2 운송 파이프(45)에 형성되는 분출구(47)를 통해 용해제가 메인 바디(10) 내부로 분출될 때, 상대적으로 빠른 속도로 용해제가 메인 바디(10) 내부로 분사되는 벤츄리 효과를 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 한 쌍의 용해제 운송 파이프의 구성을 도시한 평면도이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 한 쌍의 용해제 운송 파이프의 구성을 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 각각의 제2 운송 파이프(45)에는 적어도 하나의 분출구(47)가 형성된다. 본 발명의 실시 예에서는, 제2 운송 파이프(45)에 복수의 분출구(47)가 형성될 수 있다. 분출구(47)는 메인 바디(10) 내부로 용해제를 분사하기 위한 일종의 노즐일 수 있다.
이때, 한 쌍의 제2 운송 파이프(45)는 서로 마주보도록(또는, 평행하게) 배치된다. 그리고 각각의 제2 운송 파이프(45)의 분출구(47)에서 분사되는 용해제는 서로 마주보는 방향으로 분출된다. 한 쌍의 제2 운송 파이프(45)의 분출구(47)를 통해 용해제가 서로 마주보는 방향으로 분사됨으로써, 각각의 운송 파이프의 분출구(47)에서 분사되는 용해제가 서로 부딪히고, 이를 통해, 용해제가 미립자화될 수 있다.
용해제 파이프는 제1 운송 파이프(41)에 설치되고, 용해제 저장 탱크(20)에 저장되는 용해제를 용해제 운송 파이프(40)로 압송한다.
본 발명의 실시 예에서, 메인 바디(10)에는 용해제가 배출되는 용해제 배출부(13), 및 오염 물질이 제거된 유해 가스(처리 가스)가 배출되는 처리 가스 배출부(15)가 형성될 수 있다. 용해제 배출부(13)는 메인 바디(10)의 하부에 형성될 수 있고, 처리 가스 배출부(15)는 메인 바디(10)의 측면에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 한 쌍의 제2 운송 파이프(45)가 제1 운송 파이프(41)에서 두 개로 분기되는 것을 예로 들어 설명하고 있다. 그러나 본 발명의 권리 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 제1 운송 파이프(41)가 각각 용해제 저장 탱크(20)와 유체적으로 연결되고, 한 쌍의 제2 운송 파이프(45)가 각각 한 쌍의 제1 운송 파이프(41)와 유체적으로 연결될 수도 있다. 그리고 한 쌍의 제1 운송 파이프(41)에 각각 액체 펌프가 설치될 수도 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 처리 장치의 동작에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저, 메인 바디(10)에 형성된 배기 가스 주입부(11)를 통해 메인 바디(10) 내부로 배기 가스가 주입된다.
용해제 저장 탱크(20)에 저장된 용해제는 제2 운송 파이프(45)에 설치된 용해제 펌프(30)를 통해 압송되고, 제1 운송 파이프(41)와 한 쌍의 제2 운송 파이프(45)를 통해 분출구(47)로 이송되며, 분출구(47)를 통해 용해제가 메인 바디(10) 내부로 분출된다.
이때, 한 쌍의 제2 운송 파이프(45)가 서로 마주보도록(또는, 평행하게) 배치되고, 한 쌍의 제2 운송 파이프(45)에 각각 구비된 분출구(47)를 통해 용해제가 서로 마주보는 방향으로 분사됨으로써, 각각의 제2 운송 파이프(45)의 분출구(47)를 통해 분출되는 용해제가 서로 부딪히게 된다. 이를 통해, 용해제의 미립자화되고, 한 쌍의 제2 운송 파이프(45)의 수직 상부에서 유입되는 배기 가스와 혼합된다. 미립자화된 용해제와 배기 가스가 혼합되어, 배기 가스에 포함된 오염 물질은 용해제에 용해되어 제거된다.
또한, 제2 운송 파이프(45)의 단면적이 제1 운송 파이프(41)의 단면적보다 크게 형성되기 때문에, 벤츄리 효과에 의해 제2 운송 파이프(45)에 구비된 분출구(47)를 통해 용해제가 빠른 속도로 메인 바디(10) 내부로 분출된다. 따라서, 서로 마주보는 제2 운송 파이프(45)의 분출구(47)를 통해 빠른 속도로 분출되는 용해제가 서로 부딪히면서 용해제의 미립자화가 가속화되어, 배기 가스와 용해제의 혼합 성능이 향상될 수 있다.
배기 가스에 포함된 오염 물질을 흡수한 용해제는 메인 바디(10)에 형성되는 용해제 배출부(13)를 통해 외부로 배출된 후, 재사용된다.
용해제에 의해 오염 물질이 제거된 처리 가스는 처리 가스 배출부(15)를 통해 외부로 배출된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 용해성 유해 가스 처리 장치에 의하면, 서로 마주보는 한 쌍의 용해제 운송 파이프(40)의 분출구(47)를 통해 분출되는 용해제가 서로 부딪히면서 미립자화되면서 배기 가스와 혼합되기 때문에, 배기 가스와 용해제의 혼합이 원활해지고 배기 가스의 정화 효율이 향상된다.
또한, 한 쌍의 운송 파이프의 제2 운송 파이프(45)의 단면적이 제1 운송 파이프(41)의 단면적보다 크게 형성됨으로써, 벤츄리 효과에 의해 제2 운송 파이프(45)의 분출구(47)를 통해 메인 바디(10) 내부로 분출되는 용해제의 속도가 빨라지고, 이를 통해, 용해제의 미립자화가 가속화되어 배기 가스의 정화 효율이 향상된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 메인 바디
11: 배기 가스 주입부
13: 용해제 배출부
15: 처리 가스 배출부
20: 용해제 저장 탱크
30: 용해제 펌프
40: 용해제 운송 파이프
41: 제1 운송 파이프
42: 제1 메인 운송 파이프
43: 제1 보조 운송 파이프
45: 제2 운송 파이프
47: 분출구

Claims (11)

  1. 메인 바디;
    상기 메인 바디에 형성되고 유해 가스가 주입되는 유해 가스 주입부;
    상기 메인 바디에 구비되고 용해제가 주입되는 한 쌍의 용해제 주입부; 및
    상기 메인 바디에 구비되고, 적어도 하나의 분출구가 각각 형성되는 한 쌍의 용해제 운송 파이프;
    를 포함하는 용해성 유해 가스 분리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용해제 운송 파이프는
    제1 운송 파이프; 및
    상기 제1 운송 파이프의 하류에 구비되고 상기 제1 운송 파이프보다 부피가 큰 제2 운송 파이프;
    를 포함하는 용해성 유해 가스 분리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 용해제 운송 파이프는 서로 마주보도록 배치되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 한 쌍의 용해제 운송 파이프에 각각 형성되는 분출구에서 배출되는 용해제는 서로 마주보는 방향으로 분출되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제2 운송 파이프는 상기 배기 가스 주입부의 수직 하방에 배치되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 용해제 주입부에서 주입된 용해제를 압송하는 용해제 펌프;
    를 더 포함하는 용해성 유해 가스 분리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 용해제 펌프는
    상기 제1 운송 파이프에 설치되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메인 바디에는
    상기 한 쌍의 용해제 운송 파이프를 통해 유해 가스에 포함된 용해제를 배출하는 용해제 배출부가 형성되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 용해제 배출부는 상기 한 쌍의 용해제 운송 파이프의 하부에 형성되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 메인 바디에는
    상기 한 쌍의 용해제 운송 파이프에서 배출되는 용해제를 통해 유해 가스에 포함된 오염 물질이 제거된 처리 가스가 배출되는 처리 가스 배출부가 형성되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 처리 가스 배출부는
    상기 메인 바디의 측면에 형성되는 용해성 유해 가스 분리 장치.
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