WO2015083950A1 - 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a dry desulfurization facility using an absorption type dehumidifier, and more particularly, to a dry desulfurization facility using an absorption type dehumidifier that can improve the desulfurization efficiency and extend the life of the facility.
  • Dry desulfurization equipment is used in the process for removing a large amount of hydrogen sulfide contained in combustion gas or anaerobic digestion gas.
  • a conventional dry desulfurizer has been installed with a cooling dehumidifier to remove water vapor through dehumidification by a cooling method.
  • a heat exchanger is inevitably used for the dehumidification of the cooling method, and hydrogen sulfide contained in the combustion gas and the anaerobic digestion gas causes corrosion of the tube of the heat exchanger, thereby decisively shortening the life of the heat exchanger.
  • the cooling dehumidification system since the cooling dehumidification system has a cooling effect by the circulation of the refrigerant gas using the refrigeration compressor, there is a problem that considerable power consumption is inevitable in this process.
  • the cooling type dehumidification system when the target gas is a combustible gas, it is inevitably required to have an explosion-proof structure, which causes a high initial investment cost and operation maintenance cost.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems of the prior art, by removing the water contained in the gas so that the chemical reaction of iron oxide and hydrogen sulfide is well absorbed to improve the desulfurization efficiency and extend the life of the equipment Its purpose is to provide a dry desulfurization system using a dehumidifier.
  • Dry desulfurization equipment using the absorption type dehumidifier according to the present invention for solving the above problems is a first demister for removing organic matter and solid particles contained in the gas flowing; An absorbent dehumidifier for absorbing and removing moisture from the gas supplied from the first demister with a dehumidifying agent filled therein; A second demister for removing the dehumidifier dust from the gas supplied from the absorption type dehumidifier; And a dry desulfurizer for removing hydrogen sulfide (H2S) contained in the gas supplied from the second demister with iron oxide (Fe2O3) filled therein.
  • H2S hydrogen sulfide
  • the absorption type dehumidifier includes a tank having an injection port for supplying gas from the first demister and a discharge port for discharging the dehumidified gas at one upper part;
  • a support plate installed inside the tank and spaced apart from the bottom surface of the tank by a predetermined distance, and having a plurality of through holes formed therein, through which the gas introduced through the injection hole passes;
  • the dehumidifying agent is calcium (Ca) 0.06 ⁇ 0.10% by weight, potassium (K) 9.5 ⁇ 10.4% by weight, sodium (Na) 89.5 ⁇ 90.4% by weight, strontium (Sr) 0.03 ⁇ 0.07% by weight, magnesium (Mg) 0.01 It may be composed of -0.02% by weight, calcium (Ca) 8-13% by weight, potassium (K) 50-55% by weight, sodium (Na) 17-22% by weight, strontium (Sr) 2-4% by weight, Magnesium (Mg) 0.02 to 0.05% by weight, lithium (Li) 10-15% by weight, zinc (Zn) may be composed of 0.04 to 0.07% by weight, calcium (Ca) 13-20% by weight, potassium (K) 55 ⁇ 65 wt%, sodium (Na) 10-15 wt%, strontium (Sr) 2-5 wt%, magnesium (Mg) 0.3-0.7 wt%, lithium (Li) 5-7 wt%, zinc
  • Dry desulfurization equipment using the absorbent dehumidifier of the present invention configured as described above can increase the desulfurization efficiency by extending the life of iron oxide and chemical reaction between iron oxide and hydrogen sulfide by removing moisture contained in the gas with an absorbent dehumidifier.
  • the dehumidifying agent is made of metal ion compounds belonging to the alkali metal group, and the moisture is removed using moisture absorption and deliquescent of the dehumidifying agent. There is an advantage that can be removed.
  • FIG. 1 is a plan view of a dry desulfurization facility using an absorption type dehumidifier according to the present invention.
  • Figure 2 is a front view of the dry desulfurization facility using the absorption type dehumidifier according to the present invention.
  • Figure 3 is a side view of the dry desulfurization equipment using the absorption type dehumidifier according to the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing an absorption type dehumidifier of the dry desulfurization equipment using the absorption type dehumidifier according to the present invention.
  • Figure 5a is a graph showing the dew point measurement value after the desulfurization in the dry desulfurization facility using the absorption type dehumidifier and the dry desulfurization facility using the cooling dehumidifier according to the present invention.
  • Figure 5b is a graph showing a specific value of the concentration of hydrogen sulfide after the desulfurization in the dry desulfurization facility using the absorption type dehumidifier and the dry desulfurization facility using a cooling dehumidifier according to the present invention.
  • Dry desulfurization equipment using the absorption type dehumidifier includes a first demister for removing organic matter and solid particles contained in the gas to be introduced; An absorbent dehumidifier for absorbing and removing moisture from the gas supplied from the first demister with a dehumidifying agent filled therein; A second demister for removing the dehumidifier dust from the gas supplied from the absorption type dehumidifier; And a dry desulfurizer for removing hydrogen sulfide (H2S) contained in the gas supplied from the second demister with iron oxide (Fe2O3) filled therein.
  • H2S hydrogen sulfide
  • FIG. 1 is a plan view of a dry desulfurization facility using an absorption type dehumidifier according to the present invention
  • FIG. 2 is a front view of a dry desulfurization facility using an absorption type dehumidifier according to the present invention
  • FIG. 3 is a dry desulfurization facility using an absorption type dehumidifier according to the present invention. Side view.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing an absorption type dehumidifier of the dry desulfurization equipment using the absorption type dehumidifier according to the present invention.
  • Figure 5a is a graph showing the measured dew point after each desulfurization in the dry desulfurization facility using the absorption type dehumidifier and the dry desulfurization facility using a cooling dehumidifier according to the present invention
  • Figure 5b is an absorption type dehumidifier according to the present invention
  • Desulfurization using a dry desulfurization facility and a dry desulfurization facility using a cooling dehumidifier is a graph showing a specific value of the hydrogen sulfide concentration.
  • Dry desulfurization equipment using the absorption type dehumidifier according to the present invention is for efficiently removing hydrogen sulfide (H2S) contained in anaerobic digestion gas (biogas) generated from livestock manure, food waste, etc., the base 100 and the base A first demister (200) installed on an upper surface of the (100), an absorption type dehumidifier (300) installed on an upper surface of the base (100) and connected to a pipe by the first demister (200), and A second demister (400) installed on an upper surface of the base (100) and connected to the absorption type dehumidifier (300) by a pipe, and installed on an upper surface of the base (100) and the second demister (400); It is configured to include a dry desulfurizer 500 is connected to the pipe.
  • H2S hydrogen sulfide
  • the first demister 200 is provided with a gas inlet 210 on one side and a gas outlet 220 on the other side. Therefore, anaerobic digestion gas (biogas) generated from livestock manure or food waste through the gas inlet 210 is introduced into the first demister 200, and the gas inside the first demister 200. After filtering and removing the organic material and the solid particles contained in the anaerobic digestion gas, the anaerobic digestion gas from which the organic material and the solid particles have been removed is discharged to the outside of the first demister 200 through the gas outlet 220.
  • biogas biogas
  • the absorbent dehumidifier 300 is a device for absorbing and removing moisture from the gas supplied from the first demister 200 with the dehumidifying agent 340 filled therein.
  • the absorption type dehumidifier 300 includes a tank 310, a support plate 320 installed inside the tank 310, a ceramic ball 330 filled at a predetermined height on an upper surface of the support plate 320, and It is composed of a dehumidifying agent 340 is filled to a predetermined height on the upper surface of the ceramic ball 330.
  • the tank 310 is formed in a shape similar to a long cylindrical shape formed in a straight line from the upper side to the lower side as well as the top and bottom is formed roundly from the top to the bottom.
  • the upper portion of the tank 310 may be configured to be opened and closed to facilitate the filling of the ceramic ball 330, the dehumidifying agent 340, and the like into the tank 310.
  • the tank 310 is provided with an injection hole 311 on one side of the lower side, the discharge port 312 is provided on the upper side, the condensate outlet 313 is provided at the bottom.
  • the injection port 311 is connected to the gas outlet 220 of the first demister 200 by a pipe and receives an anaerobic digest gas from which the organic material and the solid particles are removed from the first demister 200.
  • the discharge port 312 discharges the anaerobic digestion gas from which water is removed by the dehumidifying agent 340 to the outside of the tank 310.
  • the condensate outlet 313 is installed on the bottom of the tank 310 to discharge the condensate generated during the dehumidification process to the outside.
  • the condensate outlet 313 was provided as necessary.
  • the support plate 320 is installed inside the tank 310, and is spaced apart from the bottom surface of the tank 310 by a predetermined distance.
  • a plurality of through holes 321 are formed in the support plate 320 so that anaerobic digestion gas introduced through the inlet 311 of the tank 310 passes.
  • the support plate 320 is installed in the tank 310, the installation height is installed at a position higher than the inlet 311.
  • the through hole 321 formed in the support plate 320 has an anaerobic digestion gas (biogas) introduced into the tank 310 through the injection hole 311. ) It is a passage to the upper side of the inside and at the same time, it is a passage where condensate generated during the dehumidification process falls.
  • the ceramic balls 330 are manufactured in a spherical shape, and a plurality of ceramic balls 330 are filled at a predetermined height between the support plate 320 and the dehumidifying agent 340.
  • the high pressure anaerobic digestion gas When the high pressure anaerobic digestion gas is introduced into the tank 310 and directly hits the dehumidifying agent 340, since the dehumidifying agent 340 may be damaged by the hammering phenomenon, the high pressure anaerobic gas may be passed through the ceramic ball 330 first.
  • the ceramic ball 330 is installed inside the tank 310 for the purpose of dispersing the pressure and dispersing the flow rate by dispersing the digestion gas.
  • the dehumidifying agent 340 is filled with a predetermined height on the upper side of the support plate 320, more specifically the upper side of the ceramic ball 330, the anaerobic digestion gas passing through the support plate 320 and the ceramic ball 330 Absorb moisture from Therefore, the anaerobic digestion gas passing through the through hole 321 of the support plate 320 subsequently passes through the ceramic balls 330 and then contacts the dehumidifying agent 340 to absorb moisture.
  • the dehumidifying agent 340 for removing moisture from the anaerobic digestion gas is prepared by mixing various metal ionic compounds. Since the dehumidifying agent 340 is manufactured by mixing a metal ion compound, the dehumidifying agent 340 has deliquescent property.
  • the dehumidifying agent 340 reacts with the moisture to form a surface of the dehumidifying agent 340. This melts and falls down in the tank 310 in the form of condensate. The condensed water dropped in this way is discharged to the outside of the tank 310 through the condensate outlet 313 of the tank 310.
  • Dehumidifier 340 having the same function as the dehumidifier 340 is calcium (Ca) 0.06 ⁇ 0.10% by weight, potassium (K) 9.5 ⁇ 10.4% by weight, sodium (Na) 89.5 ⁇ 90.4% by weight, strontium (Sr ) 0.03-0.07% by weight, magnesium (Mg) may be composed of 0.01 to 0.02% by weight, calcium (Ca) 8-13% by weight, potassium (K) 50-55% by weight, sodium (Na) 17-22% %, Strontium (Sr) 2 to 4% by weight, magnesium (Mg) 0.02 to 0.05% by weight, lithium (Li) 10-15% by weight, zinc (Zn) may be composed of 0.04 to 0.07% by weight, calcium (Ca ) 13-20 wt%, potassium (K) 55-65 wt%, sodium (Na) 10-15 wt%, strontium (Sr) 2-5 wt%, magnesium (Mg) 0.3-0.7 wt%, lithium (Li
  • Dehumidifier 340 according to the present invention configured as described above is manufactured by the following method.
  • Various components constituting the dehumidifying agent 340 (calcium, potassium, sodium, strontium, magnesium or calcium, potassium, sodium, strontium, magnesium, lithium, zinc) are added to the reactor and mixed with water at 40 to 50 ° C. To make an aqueous solution.
  • the mixture is mixed in the reactor for 2 to 3 hours and then heated to the reactor for 5 to 6 hours to evaporate the water to a powder state.
  • the water-evaporated powder is made into fine powder of several microns using a grinder.
  • the dehumidifying agent 340 used in the absorbent dehumidifier of the present invention is manufactured by putting the fine powder into a powder molding machine and applying a pressure with a press to form a predetermined shape.
  • the second demister 400 is provided with an injection hole 410 on one side and a discharge hole 420 on the other side. Therefore, the anaerobic digestion gas (biogas) discharged through the discharge port 312 of the absorption type dehumidifier 300 is introduced into the second demister 400 through the injection port 410 and the second demister 400 After removing the dehumidifying agent 340 dust in the interior of the anaerobic digestion gas from which the dehumidifying agent 340 dust is removed through the discharge port 420 is discharged to the outside of the second demister 400.
  • biogas anaerobic digestion gas
  • the dry desulfurizer 500 removes hydrogen sulfide (H2S) included in the gas supplied from the second demister 400 with iron oxide (Fe2O3) filled therein, and the second demister on one side of the lower desulfurizer 500.
  • An injection hole 510 is connected to the discharge hole 420 of the 400 and the pipe is provided, and the discharge hole 520 is provided at an upper side thereof.
  • anaerobic digestion gas baogas contains methane, carbon dioxide, hydrogen sulfide (H2S), ammonia and nitrogen, among which hydrogen sulfide is the most deadly to the energy plant and must be removed. Therefore, by filling iron oxide (Fe2O3) inside the dry desulfurizer 500, the hydrogen sulfide and iron oxide contained in the biogas are chemically removed to remove hydrogen sulfide.
  • H2S hydrogen sulfide
  • nitrogen among which hydrogen sulfide is the most deadly to the energy plant and must be removed. Therefore, by filling iron oxide (Fe2O3) inside the dry desulfurizer 500, the hydrogen sulfide and iron oxide contained in the biogas are chemically removed to remove hydrogen sulfide.
  • the dew point and hydrogen sulfide concentration was measured as a dry desulfurization system using the absorption type dehumidifier according to the present invention configured as described above, and the dew point and hydrogen sulfide concentration was measured as a dry desulfurization facility using a cooling dehumidifier instead of the absorption type dehumidifier. It was.
  • the dehumidifying agent 340 of the absorbent dehumidifier 300 used in the present invention is calcium (Ca) 10.89% by weight, potassium (K) 52.85% by weight, sodium (Na) 19.85% by weight, strontium (Sr) 2.93% by weight, magnesium (Mg) 0.042% by weight, 13.38% by weight of lithium (Li), 0.058% by weight of zinc (Zn) was prepared in the form of pellets of 19-25mm, this dehumidifying agent 340 is laminated to a thickness of 150mm The thickness of the dew point and hydrogen sulfide was measured after stacking 600 mm thick on the ceramic ball 30. In the graphs of FIGS.
  • the X axis represents the date and time of measuring the data
  • the Y axis represents the dew point temperature and the concentration of hydrogen sulfide.
  • the present invention relates to a dry desulfurization facility using an absorption type dehumidifier, and can be used in a process for removing a large amount of hydrogen sulfide contained in a combustion gas or an anaerobic digestion gas.

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Abstract

본 발명은 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비에 관한 것으로서, 특히 유입되는 가스에 포함된 유기물질과 고형입자를 제거하는 제1데미스터와; 내부에 충진된 제습제로 상기 제1데미스터에서 공급된 가스로부터 수분을 흡수하여 제거하는 흡수식 제습기와; 상기 흡수식 제습기에서 공급된 가스로부터 제습제 분진을 제거하는 제2데미스터와; 내부에 충진된 산화철(Fe₂O₃)로 상기 제2데미스터에서 공급된 가스에 포함되어 있는 황화수소(H₂S)를 제거하는 건식탈황기;를 포함하여 구성되어, 탈황효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 건식 탈황설비의 운전비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비
본 발명은 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비에 관한 것으로서, 특히 탈황효율을 향상시키고 설비의 수명을 연장시킬 수 있는 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비에 관한 것이다.
건식탈황설비는 연소가스나 혐기소화가스 등에 포함된 다량의 황화수소를 제거하기 위한 공정에 사용된다.
종래의 건식탈황기는 수증기에 의하여 탈황효율이 저하되거나 사용수명이 단축되는 문제점을 갖고 있었다. 이러한 문제를 일으키는 수증기의 제거를 위하여 종래에는 워터트랩을 사용하고 있으나, 워터트랩은 단순히 응축된 수증기의 방울만을 배출할 뿐 연소가스에 함유되거나 또는 포화상태로 존재하는 수증기를 제거할 수는 없다. 따라서, 포화상태의 수증기는 건식 탈황기 내부에서 산화철에 흡수되고, 흡수된 수증기는 산화철과 황하수소의 반응을 방해하며, 종국에는 산화철의 강도를 약하게 하여 자중에 의한 침착현상을 일으키게 된다.
이러한 문제를 해결하고자 종래 건식탈황기는 냉각제습기를 설치하여 냉각방식에 의한 제습을 통해 수증기를 제거하여 왔다. 냉각방식의 제습에는 불가피하게 열교환기가 사용되는데, 연소가스 및 혐기성 소화가스에 함유되어 있는 황화수소가 열교환기의 튜브에 부식을 발생시켜 열교환기의 수명을 결정적으로 단축시키고 있다.
또한 냉각식 제습설비는 냉동 콤프레샤를 이용한 냉매가스의 순환으로 냉각효과를 얻고 있기 때문에 이 과정에서 상당한 전력소모가 불가피한 문제점이 있다. 그리고, 냉각식 제습설비의 경우 대상가스가 연소성가스일 경우 부득이하게 방폭구조를 갖추어야 하기 때문에 초기 투자비 및 운전유지 보수비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가스에 포함된 수분을 제거하여 산화철과 황화수소의 화학반응이 잘 일어나도록 함으로써 탈황효율을 향상시키고 설비의 수명을 연장시킬 수 있는 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 전기를 사용하지 않고 무동력으로 가스에 포함된 수분을 제거함으로써 전력사용량을 절감할 수 있는 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비는 유입되는 가스에 포함된 유기물질과 고형입자를 제거하는 제1데미스터와; 내부에 충진된 제습제로 상기 제1데미스터에서 공급된 가스로부터 수분을 흡수하여 제거하는 흡수식 제습기와; 상기 흡수식 제습기에서 공급된 가스로부터 제습제 분진을 제거하는 제2데미스터와; 내부에 충진된 산화철(Fe₂O₃)로 상기 제2데미스터에서 공급된 가스에 포함되어 있는 황화수소(H₂S)를 제거하는 건식탈황기;를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 흡수식 제습기는 제1데미스터로부터 가스를 공급받는 주입구가 하부 일측에 설치되고, 제습된 가스가 배출되는 토출구가 상부 일측에 구비된 탱크와; 상기 탱크 내부에 설치되되 탱크의 바닥면으로부터 일정거리 이격되게 설치되고, 복수개의 관통홀이 형성되어 상기 주입구를 통하여 유입된 가스가 통과되는 지지플레이트와; 상기 지지플레이트의 상면에 일정 높이로 충진되는 복수개의 세라믹볼과; 상기 세라믹볼의 상측에 일정 높이로 충진되어 지지플레이트와 세라믹볼을 통과한 가스로부터 수분을 흡수하는 제습제;로 구성된다.
그리고, 상기 제습제는 칼슘(Ca) 0.06~0.10중량%, 칼륨(K) 9.5~10.4중량%, 나트륨(Na) 89.5~90.4중량%, 스트론튬(Sr) 0.03~0.07중량%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.02중량%로 구성될 수도 있고, 칼슘(Ca) 8~13중량%, 칼륨(K) 50~55중량%, 나트륨(Na) 17~22중량%, 스트론튬(Sr) 2~4중량%, 마그네슘(Mg) 0.02~0.05중량%, 리튬(Li) 10~15중량%, 아연(Zn) 0.04~0.07중량%로 구성될 수도 있으며, 칼슘(Ca) 13~20중량%, 칼륨(K) 55~65중량%, 나트륨(Na) 10~15중량%, 스트론튬(Sr) 2~5중량%, 마그네슘(Mg) 0.3~0.7중량%, 리튬(Li) 5~7중량%, 아연(Zn) 0.04~0.08중량%로 구성될 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비는 흡수식 제습기로 가스에 포함된 습기를 제거함으로써 산화철의 수명을 연장하고 산화철과 황화수소의 화학반응이 잘 일어나도록 하여 탈황효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 건식 탈황설비의 운전비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 알칼리 금속족에 속하는 금속이온화합물을 이용하여 제습제를 만들고 이 제습제의 수분 흡착 및 조해성을 이용하여 수분을 제거하므로, 제습제의 보충만으로 수분 제거를 계속 할 수 있어서 전력을 사용하지 않고 무동력으로 수분을 제거할 수 있는 이점이 있다.
또한, 세라믹볼에 의하여 가스가 분산되어 제습제로 유입되므로 제습제의 파손을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비의 평면도.
도 2는 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비의 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비의 측면도.
도 4는 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비의 흡수식 제습기를 보인 단면도.
도 5a는 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비와 냉각식 제습기를 이용한 건식탈황설비로 각각 탈황을 한 후 노점을 측정한 값을 나타낸 그래프.
도 5b는 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비와 냉각식 제습기를 이용한 건식탈황설비로 각각 탈황을 한 후 황화수소의 농도를 특정한 값을 나타낸 그래프.
본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비는 유입되는 가스에 포함된 유기물질과 고형입자를 제거하는 제1데미스터와; 내부에 충진된 제습제로 상기 제1데미스터에서 공급된 가스로부터 수분을 흡수하여 제거하는 흡수식 제습기와; 상기 흡수식 제습기에서 공급된 가스로부터 제습제 분진을 제거하는 제2데미스터와; 내부에 충진된 산화철(Fe₂O₃)로 상기 제2데미스터에서 공급된 가스에 포함되어 있는 황화수소(H₂S)를 제거하는 건식탈황기;를 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비의 정면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비의 측면도이다.
그리고, 도 4는 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비의 흡수식 제습기를 보인 단면도이다.
또한, 도 5a는 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비와 냉각식 제습기를 이용한 건식탈황설비로 각각 탈황을 한 후 노점을 측정한 값을 나타낸 그래프이고, 도 5b는 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비와 냉각식 제습기를 이용한 건식탈황설비로 각각 탈황을 한 후 황화수소의 농도를 특정한 값을 나타낸 그래프이다.
본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비는 축산분뇨, 음식물 쓰레기 등에서 발생하는 혐기소화가스(바이오가스)에 포함된 황화수소(H₂S)를 효율적으로 제거하기 위한 것으로서, 베이스(100)와, 상기 베이스(100)의 상면에 설치되는 제1데미스터(Demister,200)와, 상기 베이스(100)의 상면에 설치되고 상기 제1데미스터(200)와 배관으로 연결되는 흡수식 제습기(300)와, 상기 베이스(100)의 상면에 설치되고 상기 흡수식 제습기(300)와 배관으로 연결되는 제2데미스터(Demister,400)와, 상기 베이스(100)의 상면에 설치되고 상기 제2데미스터(400)와 배관으로 연결되는 건식탈황기(500)를 포함하여 구성된다.
상기 제1데미스터(200)는 일측에 가스유입구(210)가 구비되고, 타측에 가스배출구(220)가 구비된다. 따라서, 상기 가스유입구(210)를 통해 축산분뇨나 음식물 쓰레기 등에서 발생된 혐기소화가스(바이오가스)가 제1데미스터(200)의 내부로 유입되고, 제1데미스터(200)의 내부에서 이 혐기소화가스에 포함된 유기물질과 고형입자를 필터링하여 제거한 후 상기 가스배출구(220)를 통하여 유기물질과 고형입자가 제거된 혐기소화가스를 제1데미스터(200)의 외부로 배출한다.
상기 흡수식 제습기(300)는 내부에 충진된 제습제(340)로 상기 제1데미스터(200)에서 공급된 가스로부터 수분을 흡수하여 제거하기 위한 장치이다. 이러한 흡수식 제습기(300)는 탱크(310)와, 상기 탱크(310) 내부에 설치되는 지지플레이트(320)와, 상기 지지플레이트(320)의 상면에 일정 높이로 충진되는 세라믹볼(330)과, 상기 세라믹볼(330)의 상면에 일정 높이로 충진되는 제습제(340)로 구성된다.
상기 탱크(310)는 상단과 하단이 둥글게 형성됨과 아울러 상단과 하단 사이는 상측에서 하측으로 직선 형태를 이루며 길게 형성된 원통형과 유사한 형태로 제조된다. 그리고, 탱크(310)의 상단 일부분은 개폐가능하게 구성하여 상기 세라믹볼(330)이나 제습제(340) 등을 탱크(310) 내부에 채울 때 용이하게 할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 탱크(310)는 하부 일측에 주입구(311)가 설치되고, 상부 일측에 토출구(312)가 구비되며, 하단에 응축수 배출구(313)가 구비된다.
상기 주입구(311)는 상기 제1데미스터(200)의 가스배출구(220)와 배관으로 연결되어 제1데미스터(200)로부터 유기물질과 고형입자가 제거된 혐기소화가스를 공급받는다.
상기 토출구(312)는 상기 제습제(340)에 의하여 수분이 제거된 혐기소화가스를 탱크(310) 외부로 배출한다.
상기 응축수 배출구(313)는 상기 탱크(310)의 바닥면에 설치되어 제습과정 중에 발생되는 응축수를 외부로 배출한다. 상기 탱크(310) 내부에 충진된 제습제(340)와 혐기소화가스(바이오가스)에 함유된 수분이 반응하면 다량의 응축수가 탱크(310) 하부에 모이게 되는데, 이 응축수를 주기적으로 배출하는 것이 필요하고, 이 필요에 의하여 상기 응축수 배출구(313)를 구비하였다.
상기 지지플레이트(320)는 상기 탱크(310) 내부에 설치되는 것으로서, 탱크(310)의 바닥면으로부터 일정거리 이격되게 설치된다. 이러한 지지플레이트(320)에는 복수개의 관통홀(321)이 형성되어 상기 탱크(310)의 주입구(311)를 통하여 유입된 혐기소화가스가 통과된다.
좀 더 자세히 설명하면, 상기 지지플레이트(320)는 상기 탱크(310)의 내부에 설치되되 그 설치높이는 상기 주입구(311)보다 높은 위치에 설치된다. 그리고, 지지플레이트(320)에 형성되는 관통홀(321)은 상기 주입구(311)를 통하여 탱크(310) 내부로 유입된 혐기소화가스(바이오가스)가 탱크(310) 내부의 하측에서 탱크(310) 내부의 상측으로 가는 통로이기도 하면서 동시에 제습과정 중에 발생되는 응축수가 낙하되는 통로이기도 하다.
상기 세라믹볼(330)은 구 형태로 제조되는 것으로서, 상기 지지플레이트(320)와 제습제(340) 사이에 일정 높이로 복수개가 충진된다.
고압의 혐기소화가스가 탱크(310) 내부로 유입되어 직접 제습제(340)에 부딪히면 헤머링 현상에 의해 제습제(340)의 파손이 우려되므로, 1차로 세라믹볼(330)을 통과하도록 하여 고압의 혐기소화가스가 분산되도록 함으로써 압력을 분산하고 유속을 분산하고자 하는 목적으로 탱크(310) 내부에 세라믹볼(330)이 설치된다.
상기 제습제(340)는 상기 지지플레이트(320)의 상측, 좀 더 자세히는 상기 세라믹볼(330)의 상측에 일정 높이로 충진되어 지지플레이트(320)와 세라믹볼(330)을 통과한 혐기소화가스로부터 수분을 흡수한다. 따라서, 상기 지지플레이트(320)의 관통홀(321)을 통과한 혐기소화가스는 연이어 상기 세라믹볼(330) 사이를 통과한 후 제습제(340)에 접촉하여 수분이 흡수된다. 이렇게 혐기소화가스로부터 수분을 제거하는 제습제(340)는 여러 가지 금속이온화합물이 혼합되어 제조된다. 제습제(340)가 금속이온화합물의 혼합에 의하여 제조되기 때문에 제습제(340)는 조해성을 갖게 되고, 따라서 제습제(340)에 수분이 접촉되면 제습제(340)와 수분이 반응하여 제습제(340)의 표면이 녹아내리게 되어 응축수 형태로 탱크(310) 내부의 하측으로 낙하된다. 이렇게 낙하된 응축수가 상기 탱크(310)의 응축수 배출구(313)를 통하여 탱크(310) 외부로 배출되는 것이다.
상기와 같은 기능을 하는 제습제(340)는 상기 제습제(340)는 칼슘(Ca) 0.06~0.10중량%, 칼륨(K) 9.5~10.4중량%, 나트륨(Na) 89.5~90.4중량%, 스트론튬(Sr) 0.03~0.07중량%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.02중량%로 구성될 수도 있고, 칼슘(Ca) 8~13중량%, 칼륨(K) 50~55중량%, 나트륨(Na) 17~22중량%, 스트론튬(Sr) 2~4중량%, 마그네슘(Mg) 0.02~0.05중량%, 리튬(Li) 10~15중량%, 아연(Zn) 0.04~0.07중량%로 구성될 수도 있으며, 칼슘(Ca) 13~20중량%, 칼륨(K) 55~65중량%, 나트륨(Na) 10~15중량%, 스트론튬(Sr) 2~5중량%, 마그네슘(Mg) 0.3~0.7중량%, 리튬(Li) 5~7중량%, 아연(Zn) 0.04~0.08중량%로 구성될 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 제습제(340)는 다음과 같은 방법으로 제조된다.
제습제(340)를 구성하는 각종 성분들(칼슘, 칼륨, 나트륨, 스트론튬, 마르네슘 또는 칼슘, 칼륨, 나트륨, 스트론튬, 마르네슘, 리튬, 아연)을 반응조에 넣은 후 40~50℃의 물과 혼합하여 수용액을 만든다.
그런 다음 2~3시간동안 반응조에서 혼합을 한 후 5~6시간동안 반응조에 열을 가하여 물을 증발시킴으로써 분말상태로 만든다.
수분이 증발된 분말을 분쇄기를 사용하여 수 마이크론 단위의 미분말로 만든다.
미분말을 분말성형기에 넣고 프레스로 압력을 가하여 일정한 형태로 성형을 함으로써 본 발명의 흡수식 제습기에 사용되는 제습제(340)가 제조된다.
상기 제2데미스터(400)는 일측에 주입구(410)가 구비되고, 타측에 토출구(420)가 구비된다. 따라서, 상기 흡수식 제습기(300)의 토출구(312)를 통하여 배출된 혐기소화가스(바이오가스)는 상기 주입구(410)를 통하여 제2데미스터(400) 내부로 유입되고, 제2데미스터(400)의 내부에서 제습제(340) 분진을 제거한 후 상기 토출구(420)를 통하여 제습제(340) 분진이 제거된 혐기소화가스가 제2데미스터(400)의 외부로 배출된다.
상기 건식탈황기(500)는 내부에 충진된 산화철(Fe₂O₃)로 상기 제2데미스터(400)에서 공급된 가스에 포함되어 있는 황화수소(H₂S)를 제거하는 것으로서, 하부 일측에 상기 제2데미스터(400)의 토출구(420)와 배관으로 연결되는 주입구(510)가 구비되고 상부 일측에 토출구(520)가 구비된다.
좀 더 자세히 설명하면, 혐기소화가스인 바오가스는 메탄, 이산화탄소, 황화수소(H₂S), 암모니아, 질소 등을 포함하고 있는데, 그 중에서 황화수소는 에너지화 설비에 가장 치명적이기 때문에 제거를 해야만 한다. 따라서, 건식탈황기(500) 내부에 산화철(Fe₂O₃)을 충진하여 바이오가스에 포함된 황화수소와 산화철이 화학반응을 하도록 하여 황화수소를 제거한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비로 노점과 황화수소의 농도를 측정하였고, 이에 대한 비교예로서 흡수식 제습기 대신에 냉각식 제습기를 사용한 건식탈황설비로 노점과 황화수소의 농도를 측정하였다. 그리고, 본 발명에서 사용한 흡수식 제습기(300)의 제습제(340)는 칼슘(Ca) 10.89중량%, 칼륨(K) 52.85중량%, 나트륨(Na) 19.85중량%, 스트론튬(Sr) 2.93중량%, 마그네슘(Mg) 0.042중량%, 리튬(Li) 13.38중량%, 아연(Zn) 0.058중량%의 비율로 혼합하여 19~25mm의 펠렛 형태로 제조한 것이고, 이 제습제(340)를 150mm의 두께로 적층된 세라믹볼(30)의 상측에 600mm의 두께로 적층한 다음 노점과 황화수소의 농도를 측정하였다. [도 5a]와 [도 5b]의 그래프에서 X축은 데이터를 측정한 날짜와 시간을 나타낸 것이고, Y축은 노점온도와 황화수소의 농도를 나타낸 것이다. 이러한 그래프에서 알 수 있듯이 본 발명의 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비로 탈황을 할 때에 냉각식 제습기를 이용한 경우보다 노점도 낮고 황화수소의 농도도 더 낮음을 확인할 수 있다.
본 발명은 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비에 관한 것으로서, 연소가스나 혐기소화가스 등에 포함된 다량의 황화수소를 제거하기 위한 공정에 사용될 수있다.

Claims (5)

  1. 유입되는 가스에 포함된 유기물질과 고형입자를 제거하는 제1데미스터(200)와;
    내부에 충진된 제습제(340)로 상기 제1데미스터(200)에서 공급된 가스로부터 수분을 흡수하여 제거하는 흡수식 제습기(300)와;
    상기 흡수식 제습기(300)에서 공급된 가스로부터 제습제(340) 분진을 제거하는 제2데미스터(400)와;
    내부에 충진된 산화철(Fe₂O₃)로 상기 제2데미스터(400)에서 공급된 가스에 포함되어 있는 황화수소(H₂S)를 제거하는 건식탈황기(500);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡수식 제습기(300)는 제1데미스터(200)로부터 가스를 공급받는 주입구(311)가 하부 일측에 설치되고, 제습된 가스가 배출되는 토출구(312)가 상부 일측에 구비된 탱크(310)와;
    상기 탱크(310) 내부에 설치되되 탱크(310)의 바닥면으로부터 일정거리 이격되게 설치되고, 복수개의 관통홀(321)이 형성되어 상기 주입구(311)를 통하여 유입된 가스가 통과되는 지지플레이트(320)와;
    상기 지지플레이트(320)의 상면에 일정 높이로 충진되는 복수개의 세라믹볼(330)과;
    상기 세라믹볼(330)의 상측에 일정 높이로 충진되어 지지플레이트(320)와 세라믹볼(330)을 통과한 가스로부터 수분을 흡수하는 제습제(340);로 구성된 것을 특징으로 하는 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제습제(340)는 칼슘(Ca) 0.06~0.10중량%, 칼륨(K) 9.5~10.4중량%, 나트륨(Na) 89.5~90.4중량%, 스트론튬(Sr) 0.03~0.07중량%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.02중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제습제(340)는 칼슘(Ca) 8~13중량%, 칼륨(K) 50~55중량%, 나트륨(Na) 17~22중량%, 스트론튬(Sr) 2~4중량%, 마그네슘(Mg) 0.02~0.05중량%, 리튬(Li) 10~15중량%, 아연(Zn) 0.04~0.07중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제습제(340)는 칼슘(Ca) 13~20중량%, 칼륨(K) 55~65중량%, 나트륨(Na) 10~15중량%, 스트론튬(Sr) 2~5중량%, 마그네슘(Mg) 0.3~0.7중량%, 리튬(Li) 5~7중량%, 아연(Zn) 0.04~0.08중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 흡수식 제습기를 이용한 건식탈황설비.
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