WO2022086303A1 - 악취 또는 유해 가스 제거 또는 저감용 반응기 - Google Patents

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WO2022086303A1
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윤영민
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주식회사 지오엔
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Definitions

  • the present invention is a malodor or harmful gas removal device equipped with a newly designed reactor for removing or reducing odor or harmful gas; Or it relates to a method for removing odors or harmful gases using the reactor.
  • the odor or harmful gas removal or reduction reactor uses catalyst particles disposed on the bubble surface of the odor and/or harmful gas-containing air to oxidize and decompose the odor and/or harmful gas, and then purify the air through gas-liquid phase separation It is a reactor that makes
  • Odor is a state in which an irritating gaseous substance stimulates a person's sense of smell due to the substance that generates the odor, giving an unpleasant or disgusting feeling. will do damage to For example, odors from manure treatment plants, livestock wastewater treatment plants, and sewage treatment plants are mainly pollutants with hydrogen sulfide, but other substances such as ammonia, methyl mercaptan, amines, and lower fatty acids are included to increase the odor intensity.
  • malodor pollution which is a typical sensory pollution
  • the deodorizing effect is not sensed sensoryly unless 99.9% to 99.99% of the amount of treated gas is removed.
  • the malodorous gas is a multi-component mixed component, and most of the cases have an extremely low concentration.
  • VOCs Volatile Organic Compounds
  • hydrocarbon compounds are not only substances that cause photochemical smog such as ozone, but also harmful substances such as carcinogenicity, substances that cause global warming and destruction of the stratospheric ozone layer, and odorous substances in the atmosphere (aromatics). compound), which affects the environment and health, and in the case of developed countries, the emission standards for VOC and odor gas are strictly regulated.
  • Odor substances are caused by various complex compounds for each source, such as oil refineries, chemical plants, sewage treatment plants, manure and livestock wastewater treatment plants, and landfills. Odors and amines cause unusual odors such as fish odor, and most of them are high-concentration noxious gases including moisture and dust. In particular, harmful gases generated from incinerators, excreta treatment, chemical-related factories, and composting facilities are serious environmental problems, and effective removal technology is urgently needed.
  • VOCs Volatile Organic Compounds
  • odors are generated in various types of factories, livestock waste, wastewater treatment facilities, oil storage stations, gas stations, etc. Harmful contamination from such odors causes serious social problems.
  • physical, chemical and biological methods have been tried and treated as a means of removing odors harmful to the human body.
  • Various methods have been proposed and used, such as to remove
  • Korea Patent No. 10-1312414 discloses an apparatus and method for purifying harmful gases using corona discharge and low-temperature complex oxidation catalyst, but corona discharge itself has a problem that it is vulnerable to incoming moisture, dust, and temperature. there is.
  • the gas emitted from the workplace contains 90% or more of relative humidity. If this moisture is condensed on the corona discharge electrode or ground, insulation breakdown may occur, damaging the electrode and causing a fire at the electrical terminal.
  • a large amount of dust is a substance contained in most industrial gases, and if such dust or dust accumulates in the discharge electrode, there is a risk of explosion.
  • a method of secondary treatment in the catalyst layer using ions generated from corona discharge is presented.
  • Korean Patent No. 10-1595335 discloses a complex reactor for removing odor gases, which mixes hydroxyl radicals generated by reacting high concentrations of active oxygen with odor gases such as ammonia and hydrogen sulfide to improve odor removal efficiency It is characterized by a technology that generates high concentration of active oxygen and converts it into hydroxyl radical. Oxygen generator, an expensive oxygen concentrator that generates oxygen concentration of % or more, must be used. In addition, a plasma reactor is separately configured to convert these active oxygen into radicals or ions. In order to install such a plasma reactor, a separate electricity supply device and a discharge device are required, which results in the inconvenience of device configuration and the cost of equipment. There is a problem in that the upward factor imposes a large burden.
  • An object of the present invention is to provide a compact air purifier that is designed with a simple device configuration that simply replenishes water without catalyst replacement/replenishment, and can operate at room temperature as well as remove odors and harmful gases.
  • a reactor containing an aqueous dispersion of oxidation catalyst particles air containing an odor or harmful gas introduced is formed into bubbles in water, and catalyst particles disposed at the gas-liquid interface of the bubbles
  • the odor or harmful gas in the bubble is decomposed by a catalytic oxidation reaction with air to produce an odorless or harmless gas, and the bubble that has undergone the catalytic decomposition reaction is separated from the gas-liquid phase above the water surface of the reactor by buoyancy and discharged out of the reactor. It provides a device for removing odors and harmful gases, characterized in that.
  • a second aspect of the present invention comprises the steps of: in a reactor receiving an aqueous dispersion of oxidation catalyst particles, forming air containing an odor or harmful gas introduced into a bubble in water; generating odorless or harmless gas by decomposing odor or harmful gas in the bubble by contact oxidation reaction with air on the catalyst particles disposed at the gas-liquid interface of the bubble; and gas-liquid phase separation on the surface of the reactor by buoyancy of the bubbles subjected to the catalytic decomposition reaction, and discharge to the outside of the reactor.
  • Air is the gas that surrounds the earth, and the dry air at sea level is composed of approximately 78% nitrogen, 21% oxygen, 0.93% argon, and carbon dioxide and water vapor.
  • odor or harmful gas includes gas or odor emitted from plants, animals, people, particularly patients or the elderly, as long as they are decomposed by oxidation catalyst particles.
  • Table 1 shows the relationship between odor intensity and concentration of major odor substances.
  • Methods for removing odor gas can be divided into physical, chemical and biological methods.
  • there is a method of oxidatively decomposing odorous substances using a catalyst and the oxidative decomposition reaction is performed at a temperature of 200 to 300° C. by a catalyst.
  • Odor and/or harmful gases and air are not readily soluble in water in gaseous form.
  • the oxidation catalyst particles are mainly dispersed in water in a state in which air and water are phase-separated from the gas-liquid phase, and the material, porosity, and density can be adjusted so that they can be disposed at the gas-liquid interface.
  • the method for removing odors or harmful gases of the present invention using this method comprises:
  • the air containing the introduced odor or harmful gas is formed into bubbles in water ( FIGS. 2 to 7 );
  • the malodorous or harmful gas removal device of the present invention forms air containing an odor or harmful gas introduced into a bubble in water in a reactor containing an aqueous dispersion of oxidation catalyst particles, (ii) the above On the catalyst particles disposed at the gas-liquid interface of the bubble, the odor or harmful gas in the bubble is decomposed by a catalytic oxidation reaction with air to generate an odorless or harmless gas, and (iii) the bubble subjected to the catalytic decomposition reaction is buoyant in the reactor It is characterized in that the gas-liquid phase is separated above the water surface of the reactor and is designed to be discharged out of the reactor.
  • air serves as a carrier gas in water for the odor or harmful gas, which is a treatment target of the catalytic oxidation reaction, and supplies oxygen, which is an oxidizing agent for the catalytic oxidation reaction.
  • ammonia gas is mostly decomposed into nitrogen and water molecules
  • hydrogen sulfide is decomposed into sulfur dioxide and water molecules
  • VOC a carbon compound
  • a porous filler in the reactor containing the aqueous dispersion of oxidation catalyst particles is used to control the binding of air bubbles, You can control the size of the bubble and control the flow rate of the air bubble.
  • the residence time of the air bubbles can be increased, thereby increasing the oxidative decomposition treatment efficiency by the catalyst of the odor or harmful gas in the air.
  • Non-limiting examples of fillers that can be used include glass fibers, chemical fibers, microbeads, alumina, zeolite, activated carbon, etc. granulated into pellets or sphrical.
  • Non-limiting specific embodiments of the malodor or noxious gas removal device designed according to the present invention are shown in FIGS. 2 to 7 .
  • the present invention is a method for making odorless and/or harmful gas-containing air odorless and/or harmless by catalytic oxidation by using water-dispersed oxidation catalyst particles, wherein the oxidation catalyst comprises at least hydrocarbons and oxygen-containing compounds thereof with carbon dioxide and It can exhibit the activity of oxidative decomposition with water.
  • the oxidative decomposition catalyst usable in the present invention may be oxides of platinum group metals (Pt, Pd, Ph) and transition metals (Cr, Co, Ni, Mn, Fe, etc.).
  • a photocatalyst such as titanium oxide (TiO 2 ) may be used.
  • Non-limiting examples of catalysts usable in the present invention are given in Table 2 below.
  • the shape of the catalyst particle is not limited as long as it can be distributed at the gas-liquid interface between air and water, and non-limiting examples thereof include a powder type, a honeycomb type, a pellet type, a spherical type, and the like.
  • the present invention can deodorize and/or detoxify air containing odors and/or harmful gases at room temperature or below 100° C. through various catalyst cocktails. Therefore, since the reactor of the present invention can be operated at room temperature or below 100° C., deterioration of catalyst activity is suppressed, and the catalyst particles accommodated in the reactor can be used semi-permanently. For this reason, it is possible to design a compact air purifier that can be operated even at room temperature as a simple means (eg, tap water supply pipe) that replenishes evaporated water by checking the water level of the reactor without replacement/replenishment of oxidation catalyst particles. It is possible to remove odors and harmful gases with high processing efficiency without the need for a heat source.
  • a simple means eg, tap water supply pipe
  • the microbubble generator for forming harmful gas-containing air into bubbles in water may be installed inside or outside the reactor, and preferably installed at the bottom of the reactor.
  • a microbubble generator is a device that generates microbubbles in water. At this time, the size of the generated microbubbles is not limited as long as it floats above the water surface of the aqueous dispersion of oxidation catalyst particles. One or more microbubble generators can be used.
  • the microbubble generator may be to form microbubbles by repeating a chain reaction of compression fracture in a short time, and in this case, ultrasonic waves may be used.
  • the microbubble generator may be a mesh or a perforated plate.
  • the introduced odor or harmful gas-containing air may be formed as bubbles in the water. Therefore, when the fixed bed filled with the filler is mounted on at least a part of the reactor, the microbubble generator may be used together or omitted.
  • the malodor or noxious gas removal device of the present invention is preferably by a back siphon due to negative pressure or atmospheric pressure and a back pressure due to an increase in the pressure of the lower piping system in the supply pipe of the air containing the odor or harmful gas.
  • various types of backflow prevention devices can be used.
  • backflow prevention devices include Air Gap, Atmospheric Vacuum Breaker, Hose Bibb vacuum breaker, Double check valve, Reduced pressure principle. Principle Backflow Preventer), and an air inlet pipe to prevent backflow of solution.
  • the solution backflow prevention air injection pipe is a U-tube type, and when electricity is not supplied due to power saving during operation, it is possible to prevent the solution in the main reactor from flowing back into the blower (FIG. 9).
  • the apparatus for removing odor or harmful gas of the present invention may include a blower, that is, a blower, upstream of the reactor in order to transport air to the reactor containing the aqueous dispersion of oxidation catalyst particles.
  • a blower that is, a blower
  • a water supply pipe may be connected to the reactor for receiving the aqueous dispersion of the oxidation catalyst particles for replenishing water.
  • the inlet of the water supply pipe may extend to the inside of the aqueous dispersion of oxidation catalyst particles in the reactor, or may be connected to the side of the reactor.
  • Various extensions of the water supply pipe are illustrated in FIGS. 2 to 7 .
  • the water supply may be directly connected through a drain pipe.
  • a water distiller may be connected to the water supply pipe (FIG. 9). After the air injected into the reactor passes through the reactor, water vapor also escapes, so the distilled water production device can be operated when replenishing the escaped water.
  • a solenoid valve is installed at the bottom of the distilled water production device so that when the level is lowered in the level sensor, the solenoid valve opens automatically to supply distilled water to the main reactor.
  • the reactor may be equipped with a level sensor or level indicator. For example, when the water quantity inside the main reactor is detected and the level is lower than the reference point, the distilled water can be replenished to a height satisfied by the level sensor in the main reactor by opening the solenoid valve at the bottom of the distilled water storage.
  • the inlet of the exhaust pipe through which the bubbles subjected to the catalytic cracking reaction are separated from the gas-liquid phase on the water surface of the reactor by buoyancy and discharged out of the reactor may be arranged at any position above the water surface.
  • a condenser is installed on a part or all of the exhaust pipe of the reactor for discharging the odorless or harmless gas-containing air treated by the catalytic oxidation reaction to control the dew point of the discharged air, and discharge from the reactor. It is possible to control the humidity of the space in which the air containing odorless or harmless gas is discharged by removing or adjusting the moisture in the air.
  • the device for removing odors or harmful gases of the present invention can use cooling water as an eco-friendly condenser.
  • the exhaust pipe may be additionally equipped with a defoaming and cooler (double jacket), that is, a condenser and an overflow stripper (FIG. 9).
  • a defoaming and cooler double jacket
  • a condenser and an overflow stripper FIG. 9
  • a device for re-cooling the warmed refrigerant in order to supply the cold refrigerant a chiller, which is a kind of compressor, may be mounted on the defoaming and cooler.
  • the condensed solution in the defoaming and cooler may be returned to the main reactor through the condensed solution recovery pipe.
  • the lid may be opened and the catalyst solution may be injected when the catalyst solution is introduced or replenished into the reactor through the catalyst solution injection tube. It is preferable to close the manual valve at the bottom when the catalyst solution is added to prevent the air inside the reactor from escaping into the catalyst solution injection tube. After injecting the catalyst solution, open the manual valve.
  • the apparatus for removing odors and harmful gases according to the present invention can be designed compactly, so that it can be conveniently moved by attaching wheels to the lower part.
  • a catalytic reactor accommodating an aqueous dispersion of oxidation catalyst particles may use not only a tubular fixed bed reactor but also a micro-channel reactor.
  • the apparatus for removing odors or harmful gases of the present invention may be in the form of a shell-and-tube type reactor, and in this case, there may be one or two or more tubes.
  • a plurality of tubes are disposed in the shell, as shown in FIG. 7 , two or more tubes may be connected in parallel, and as shown in FIG. 8 , the tubes are the widest so as to utilize the maximum space. It can be designed in contact to occupy an area.
  • a shell-and-tube reactor type odor or harmful gas removal device includes: a shell for accommodating an aqueous dispersion of oxidation catalyst particles; and a fixed-bed tube filled with a filler, wherein the fixed-bed tube filled with the filler has at least a part of the lower or lower end and upper or upper part open, preventing the filler from escaping in the tube, and preventing the oxidation catalyst particles from escaping
  • a passable support such as a mesh or perforated plate, may be installed.
  • a mesh or perforated plate installed at the bottom or bottom of the tube to allow the aqueous dispersion of oxidation catalyst particles contained in the shell to pass through while the filler acts as a support that does not escape to the bottom of the tube, trapping the air containing odors or harmful gases introduced into the water.
  • Water It can work as a microbubble generator to form bubbles. In this case, a separate microbubble generator may be omitted.
  • the top height of the fixed bed filled with the filler in the tube may be higher than the desired height of the water surface of the reactor.
  • air bubbles combine with each other and the flow rate due to buoyancy can change to an unpredictable or uncontrollable degree
  • a tube having a fixed bed filled with a filler in a shell reactor accommodating an aqueous dispersion of oxidation catalyst particles air bubbles While controlling the binding of air bubbles, the size of air bubbles can be adjusted, and the residence time of air bubbles can be increased, thereby increasing the efficiency of oxidative decomposition treatment by catalysts of odors or harmful gases in the air.
  • the shell containing the aqueous dispersion of oxidation catalyst particles contains the inlet of the air supply pipe containing the odor or harmful gas and/or the air containing the odor or harmful gas being introduced into the water.
  • a level sensor for checking the water level and/or a pipe for replenishing water and/or a micro-bubble generator for forming (in water) bubbles may be disposed.
  • the apparatus for removing odors or harmful gases having a reactor for removing or reducing odors and harmful substances according to the present invention includes harmful gases generated in closed plant factories (vertical factories, smart farms), harmful gases generated in fruit and vegetable storage, It can be used to remove odors generated in pig houses, livestock houses, poultry houses, and terminal treatment plants for odorous substances, and can also be used for general indoor use or for indoor use of vehicles.
  • the odor or noxious gas removal device of the present invention is useful in hospitals and nursing homes because it has excellent performance in removing odors and noxious gases emitted from critically ill patients or the elderly.
  • 2 to 4 are conceptual views of an apparatus for removing odors or harmful gases according to an embodiment of the present invention using a single vessel type reactor.
  • 5 to 7 are conceptual views of an apparatus for removing odors or harmful gases according to an embodiment of the present invention using a shell-and-tube type reactor.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a pattern in which a tubular inner column or pipes filled with a porous filler is arranged and an external structure of the shell reactor in the shell-and-tube type reactor illustrated in FIG. 7 .
  • FIG. 9 is a view showing the appearance of an apparatus for removing odors or harmful gases designed according to an embodiment of the present invention.
  • the malodor or harmful gas removal method of the present invention using the apparatus for removing odor or harmful gas shown in FIGS. 2 to 7 is
  • the step of discharging the gas-liquid phase separation over the water surface of the reactor by buoyancy of the bubbles subjected to the catalytic cracking reaction to the outside of the reactor may be performed.
  • FIGS. 2 to 7 Various connection methods of the inlet pipe for supplying air containing odor or harmful gas to the inside of the reactor through a blower are shown in FIGS. 2 to 7 .
  • a microbubble generator and/or a fixed bed filled with a filler that forms air containing odors or harmful gases introduced into bubbles in the water is installed at the lower part of the reactor, and the bubbles rise from the lower part of the reactor to the upper part by buoyancy. It can provide a moving flow.
  • FIG. 1 when air containing odor or harmful gas introduced into a reactor containing an aqueous dispersion of oxidation catalyst particles according to the present invention is formed as bubbles in water, each bubble is a catalyst disposed at a gas-liquid interface
  • a conceptual diagram is shown illustrating that the odor or harmful gas in the bubble on the particles is decomposed by a catalytic oxidation reaction with oxygen in the air to act as one individual reaction space to generate an odorless or harmless gas.
  • the size of the catalyst particles can be adjusted so that the catalyst particles are disposed at the gas-liquid interface of air bubbles containing odors or harmful gases.
  • the size of the bubble and/or the viscosity of the aqueous dispersion may be adjusted so that the catalyst particles are disposed at the gas-liquid interface of the air bubble containing odor or harmful gas.
  • the aqueous dispersion of oxidation catalyst particles may further contain a foam stabilizer.
  • the aqueous dispersion of the oxidation catalyst particles may be at room temperature to 100° C., and each bubble, which is one individual reaction space formed in the aqueous dispersion of the oxidation catalyst particles, is odor or harmful in the foam on the catalyst particles at room temperature to 100° C. disposed at the gas-liquid interface. Gases can be decomposed by catalytic oxidation with oxygen in the air.
  • the air bubbles that have undergone the catalytic decomposition reaction of odors or harmful gases are separated from the gas-liquid phase on the water surface of the reactor by buoyancy, so that odors or harmful gases are removed It may be withdrawn out of the reactor in the form of reduced or eliminated air.
  • the odor or harmful gas removal device of the present invention has a level sensor connected to the operation of the electric sol valve of the water supply pipe by checking the water level of the reactor, and checking the water level of the reactor without replacing or replenishing the oxidation catalyst particles can be supplemented.
  • the shell-and-tube type reactor shown in FIGS. 5 to 7 is a malodorous or harmful gas removal device comprising: a shell for accommodating an aqueous dispersion of oxidation catalyst particles; and a fixed bed tube filled with a porous filler.
  • a fixed-bed tube filled with a porous filler can extend the residence time of air bubbles containing odors or harmful gases, thereby increasing treatment efficiency.
  • the filler in the tube may increase the processing efficiency by controlling the combination of air bubbles or reducing the size of the air bubbles.
  • the tube may be filled with glass fibers, chemical fibers, small beads, or the like, in order to increase the efficiency of treatment of odor or harmful gas-containing air, and to maximize contact efficiency with catalyst particles.
  • the lower end of the tube may serve as an inlet for the aqueous dispersion of oxidation catalyst particles. Therefore, the flow of bubbles moving upward by the buoyancy of bubbles formed from air containing odors or harmful gases through a microbubble generator (eg, mesh or perforated plate) installed at the lower end or lower part of the tube is the aqueous dispersion of oxidation catalyst particles. It is possible to provide a driving force to flow in through the bottom of the tube and overflow through the top of the tube. At this time, the filler fixing layer filled inside the tube may also affect the driving force. The driving force for transporting air through the blower installed in front of the shell-and-tube type reactor may also affect the flow of the aqueous dispersion of the oxidation catalyst particles.
  • a microbubble generator eg, mesh or perforated plate
  • a condenser may be fitted at the outlet of the outlet of the reactor to which the containing air is discharged.

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Abstract

본 발명에 따른 악취 또는 유해가스 제거장치 및 악취 또는 유해가스 제거방법은 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키고, 상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키고, 접촉 분해반응을 수행한 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출되는 것이 특징이다.

Description

악취 또는 유해 가스 제거 또는 저감용 반응기
본 발명은 새롭게 설계된 악취 또는 유해 가스 제거 또는 저감용 반응기가 구비된 악취 또는 유해가스 제거장치; 또는 상기 반응기를 사용하는 악취 또는 유해가스 제거방법에 관한 것이다. 상기 악취 또는 유해 가스 제거 또는 저감용 반응기는 악취 및/또는 유해가스 함유 공기의 거품 표면에 배치된 촉매입자를 이용하여 악취 및/또는 유해가스를 산화분해시킨 후 기-액 상분리를 통해 공기를 정화시키는 반응기이다.
악취는 냄새를 발생하는 물질성분으로 인해 자극성 있는 기체성 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감이나 혐오감을 주는 상태로 소음과 같이 감각공해에 해당되어 청각, 후각, 미각 등 신경계통에 작용하고 많은 사람에게 피해를 주게 된다. 일례로 분뇨처리장, 축산폐수처리장, 하수처리장 등의 악취는 황화수소가 주된 오염물질이지만 그 외에도 암모니아, 메틸메르캅탄, 아민류 및 저급지방산 등의 물질이 함유되어 악취강도를 상승시키게 된다.
전형적인 감각공해인 악취공해는 처리가스량의 99.9% 내지 99.99%가 제거되지 않으면 감각적으로 탈취 효과가 느껴지지 않는 문제가 있다.
또한, 악취가스는 다성분의 혼합성분이며, 극히 저농도의 경우가 대부분이다.
또한, 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)은 탄화수소 화합물의 총칭으로 오존 등 광화학스모그 원인 물질일 뿐만 아니라 발암성 등의 유해물질, 지구온난화와 성층권 오존층 파괴의 원인 물질, 대기 중 악취물질(방향족 화합물)로서 환경 및 건강에 영향을 초래하여 선진국의 경우 VOC와 악취가스의 배출허용 기준을 엄격하게 규제하고 있다.
악취물질은 정유공장, 화학공장, 하수처리장, 분뇨 및 축산폐수처리장, 매립장 등 발생원 별로 여러가지 복합된 화합물이 원인이 되어 악취를 유발하며 단위화합물질로서 황화수소는 계란 썩는 냄새, 메르캅탄류는 야채 썩는 냄새, 아민류는 생선 냄새 등의 특이한 냄새를 유발하며, 수분 분진 등을 포함하는 고농도의 유해가스인 경우가 대부분이다. 특히, 소각로, 분뇨처리, 화학 관련공장 및 퇴비화 시설 등에서 발생하는 유해가스는 심각한 환경문제로 그의 효과적인 제거 기술이 절실한 상황이다.
일반적으로 산업화 및 도시화에 따른 대기환경의 오염이 심각해지면서 실내공기를 깨끗하게 유지하기 위한 장치의 필요성이 크게 부각되고 있다. 그 대표적인 예가 실내공기 중의 세균, 악취성분 등의 오염물질을 제거하여 실내공기를 청정하게 유지시키는 공기정화장치이다. 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 또는 악취는 다양한 종류의 공장이나 축산폐기물, 오폐수 처리 시설, 저유소, 주유소 등지에서 발생되며, 이러한 유해가스는 법에 의한 규제대상으로 그 배출량이 통제되고 있다. 이러한 악취로부터 비롯된 유해성 오염은 심각한 사회적 문제를 초래하고 있어 최근, 인체에 유해한 악취를 제거하는 수단으로서 물리적, 화학적 및 생물학적 방법 등의 처리 방법이 시도되어 처리되고 있으며, 다단계 악취 처리 방식을 통해 유해 입자를 제거하는 등 다양한 방법이 제시되어 사용되고 있다.
한국등록특허 제10-1312414호는 코로나방전 및 저온복합산화촉매를 이용하여 유해가스를 정화하는 장치 및 방법이 개시되어 있으나, 코로나방전은 그 자체가 유입되는 수분이나 먼지 및 온도에 취약하다는 문제점이 있다. 일반적으로 사업장에서 배출되는 가스 내에는 90% 이상의 상대습도를 포함하는데, 이러한 수분이 코로나방전 전극이나 접지에 응축되는 경우 절연파괴가 발생하여 전극이 손상되고 전기단자에서의 화재가 발생할 우려가 있다. 다량의 먼지는 대부분의 사업장 가스에 포함된 물질로 이러한 먼지나 분진이 방전극에 축적되면 폭발할 위험성을 가지고 있다. 코로나방전에서 발생하는 이온을 이용하여 촉매층에서 2차 처리하는 방식을 제시하고 있는데, 코로나방전에서 발생하는 이온은 순간적으로 존재하는 것으로 촉매층까지 도달하기전에 대부분의 양이 소멸되므로 그 효과를 기대하기 어렵다. 코로나방전 자체로 가스제거효율을 50%이상 달성하기 위해서는 방전영역에서 가스 체류시간이 최소한 5초 이상이 필요한데, 이러한 조건은 실제 장비에 적용하기에는 현실성이 떨어진다.
한국등록특허 제10-1595335호에는 악취가스를 제거하기 위한 복합 반응기가 개시되어 있는데, 이는 고농도의 활성산소를 반응시켜 생성된 수산화라디칼을 암모니아, 황화수소 등의 악취가스와 혼합하여 악취제거효율을 향상시킬 수 있도록 한 것으로, 고농도의 활성산소를 발생시켜 수산화라디칼로 전환시키는 기술을 특징으로 하는데, 고농도 오존을 포함하는 활성산소를 발생하기 위해서는 산소농도가 평균 20%인 일반공기로는 부족하여 대부분 80%이상의 산소농도를 발생하는 고가의 산소농축장치인 산소발생장치를 이용하여야 한다. 또한, 이러한 활성산소를 라디칼 내지 이온으로 전환하기 위해서 플라즈마반응기를 별도로 구성하게 되는데, 이러한 플라즈마반응기의 설치를 위해서는 별도의 전기공급장치와 방전장치를 필요로 하게 되어 장치 구성의 번거로움과 장비의 가격상승요인이 큰 부담을 주게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 촉매 교체/보충 없이 단순히 물만 보충시키는 단순한 장치 구성으로 설계되고 상온에서 운전가능할 뿐만 아니라, 악취 및 유해가스도 제거할 수 있는 컴팩트한 공기정화장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 제1양태는 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키고, 상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키고, 접촉 분해반응을 수행한 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출되는 것이 특징인 악취 및 유해가스 제거장치를 제공한다.
본 발명의 제2양태는 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 단계; 상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 단계; 및 접촉 분해반응을 수행한 거품을 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출시키는 단계를 포함하는 것이 특징인 악취 및 유해가스 제거방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 설명한다.
공기(空氣)는 지구를 둘러싼 기체로, 해수면의 건조한 공기는 대략 78%의 질소, 21%의 산소, 0.93%의 아르곤, 그리고 이산화 탄소, 수증기 등으로 이루어져 있다.
본 명세서에서 악취 또는 유해가스는 산화 촉매입자에 의해 분해되는 한, 식물, 동물, 사람, 특히 환자 또는 노인에서 배출되는 가스 또는 냄새도 포함한다.
하기 표 1에는 주요 악취물질의 취기강도와 농도의 관계가 제시되어 있다.
Figure PCTKR2021014988-appb-T000001
악취가스를 제거할 수 있는 방법은 크게 물리적, 화학적 및 생물학적 방법으로 구분할 수 있다. 일례로, 촉매를 이용하여 악취물질을 산화분해시키는 방법이 있는데, 촉매에 의해 200~300℃의 온도에서 산화분해반응을 수행한다.
악취 및/또는 유해가스 및 공기는 가스상으로 물에 쉽게 용해되지 않는다. 한편, 공기와 물이 기액 상분리된 상태에서 산화 촉매입자는 물에 주로 분산되어 있으며, 기액 계면에도 배치될 수 있도록 소재, 기공도, 밀도가 조절될 수 있다.
이를 이용한 본 발명의 악취 또는 유해가스 제거방법은,
산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 단계 (도 2 내지 도 7);
상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 단계(도 1); 및
접촉 분해반응을 수행한 거품을 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출시키는 단계(도 2 내지 도 7)를 포함한다.
본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 (i) 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키고, (ii) 상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키고, (iii) 접촉 분해반응을 수행한 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출되도록 설계되는 것이 특징이다.
도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따라 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에 처리가스로 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를, 수중(水中) 거품(bubbles)으로 형성시키면, 각 거품은 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기 중 산소와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 하나의 개별 반응공간으로 작용할 뿐만 아니라, 도 2 내지 도 4에 예시된 바와 같이, 산화 촉매입자의 수분산액에서 부력에 의해 유체 특성을 발휘하여 반응기의 수면 위로 기-액 상분리될 수 있다.
이때, 공기는 접촉 산화반응의 처리대상인 악취 또는 유해가스에 대한 수중(水中) 운반가스로서의 역할을 수행하며, 접촉 산화반응의 산화제인 산소를 공급한다.
처리대상의 예로, 암모니아가스는 대부분 질소와 물분자로 분해되고, 황화수소는 이산화황과 물분자로 분해되며, 탄소화합물인 VOC는 이산화탄소와 물분자로 분해된다.
한편, 공기 버블은 서로 결합하여 부력에 의한 유속이 예측 또는 제어할 수 없을 정도로 달라질 수 있으므로, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기 내 다공성 충진제를 사용하여, 공기 버블의 결합을 제어하면서, 공기 버블의 크기를 조절하고 공기 버블의 유속을 조절할 수 있다. 또한, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기 내 충진제를 사용하면, 공기 버블의 체류시간을 증가시킬 수 있으며, 이로인해 공기 내 악취 또는 유해가스의 촉매에 의한 산화분해 처리효율을 높일 수 있다.
사용가능한 충진제의 비제한적인 예로는 유리섬유, 화학섬유, 미세비드, 펠릿이나 구형(sphrical) 등으로 입자화된 알루미나, 제올라이트, 활성탄 등이 있다.
본 발명에 따라 설계된 악취 또는 유해가스 제거장치의 비제한적인 구체적인 실시태양들은 도 2 내지 도 7에 도시되어 있다.
본 발명은 수분산된 산화촉매 입자를 이용하여 악취 및/또는 유해가스 함유 공기를 접촉산화반응에 의해 무취 및/또는 무해화하는 방법으로, 상기 산화촉매는 최소한 탄화수소 및 그의 산소함유화합물을 이산화탄소와 물로 산화분해할 수 있는 활성을 발휘할 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 산화분해 촉매는 백금족금속(Pt, Pd, Ph)과 전이금속(Cr, Co, Ni, Mn, Fe 등) 산화물들을 일 수 있다. 또한, 산화티탄(TiO2)과 같은 광촉매를 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 촉매의 비제한적인 예들이 하기 표 2에 제시되어 있다.
Figure PCTKR2021014988-appb-T000002
공기와 물의 기액 계면에 분포될 수 있는 한 촉매입자 형상은 제한되지 않으며, 이의 비제한적인 예로 분말형, 허니콤(honeycomb)형, 펠렛(pellet)형, 구형(sphrical) 등이 있다.
또한, 본 발명은 다양한 촉매 칵테일을 통해 상온 또는 100℃이하에서 악취 및/또는 유해가스 함유 공기를 무취 및/또는 무해화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 반응기는 상온 또는 100℃이하에서 운전될 수 있으므로, 촉매 활성 열화가 억제되어, 반응기가 수용하는 촉매입자들은 반영구적으로 사용할 수 있다. 이로인해, 산화 촉매입자의 교체/보충 없이, 반응기의 수면 높이를 확인하여 증발된 물을 보충시키는 단순한 수단(예, 수도물 공급관)으로 상온에서도 운전가능한 컴팩트한 공기정화장치를 설계할 수 있으며, 별도의 열공급원 없이도 높은 처리효율로 악취 및 유해가스를 제거할 수 있다.
접촉 분해반응을 수행한 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출되는 본 발명의 반응기 구조에서, 악취 또는 유해가스 함유 공기를 공급하는 도입구 및/또는 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 미세거품발생기는 반응기 내부 또는 외부에 설치될 수 있으며, 반응기 하부 바람직하게는 하단에 설치될 수 있다.
미세거품발생기는 수중에서 마이크로 기포를 발생시키는 장치이다. 이때, 발생하는 마이크로 기포의 크기는 산화 촉매입자의 수분산액의 수면 위로 부상되는 한 제한되지 않는다. 미세거품발생기는 1개 이상 사용할 수 있다.
미세거품발생기는 짧은 시간에서의 압축 파괴의 연쇄반응을 반복하여 미세 기포를 형성하는 것일 수 있고, 이때 초음파를 사용할 수 있다. 또한, 미세거품발생기는 메쉬 또는 타공판일 수 있다.
충진제가 충진된 고정층이 적어도 반응기 일부에 장착되어도, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시킬 수 있다. 따라서, 충진제가 충진된 고정층이 적어도 반응기 일부에 장착되는 경우 미세거품발생기를 병용 또는 생략할 수 있다.
본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 악취 또는 유해가스 함유 공기의 공급관에서, 음압 또는 대기압으로 인한 역 사이폰(back siphon)과 하부배관 시스템의 압력증가로 인한 역압(back pressure)에 의해, 바람직하지 않은 역전흐름을 방지하기 위해, 다양한 구조의 역류방지 장치를 사용할 수 있다.
역류방지 장치의 예로, 에어 갭(Air Gap), 대기압 진공 브레이커(Atmospheric Vacuum Breaker), 호스용 진공차단기(Hose Bibb vacuum breaker), 이중체크 밸브(Double check valve), 감압원리 역류방지 장치(Reduced Pressure Principle Backflow Preventer), 용액역류방지 공기주입관 등이 있다.
용액역류방지 공기주입관은, U 튜브형으로 작동 중 절전되어 전기가 공급되지 않을 경우 주반응기의 용액이 역류하여 블로어 내부로 들어감을 방지할 수 있다(도 9).
본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에 공기를 이송하기 위해 반응기의 전단(upstream)에 블로어, 즉 송풍기를 구비할 수 있다.
산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에 물 보충을 위해 물 공급관이 연결될 수 있다. 이때 물 공급관의 유입구는 반응기 내 산화 촉매입자의 수분산액 내부에까지 연장될 수도 있고, 반응기 측면에 연결될 수도 있다. 물 공급관의 다양한 확장 형태가 도 2 내지 도 7에 예시되어 있다.
산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에 물 보충시 배수관을 통해 수도를 직접 연결할 수 있다.
물 공급관에는 증류수 제조장치(water distiller)가 연결될 수 있다(도 9). 반응기 내부로 주입된 공기가 반응기를 통과한 후 수증기도 빠져나가므로 빠져나간 물을 보충해 줄 때 증류수 제조장치가 작동할 수 있다. 증류수 제조장치 하부에 솔레노이드 밸브가 장착되어서 레벨센서에서 수준이 저하되었을 경우 솔레노이드 밸브가 자동으로 열려서 주반응기로 증류수를 공급한다.
반응기에는 레벨센서 또는 레벨 표시기가 장착될 수 있다. 예컨대, 주반응기 내부의 수량을 파악하여 수준이 기준점 보다 낮아질 경우 증류수 저장고 하부의 솔레노이드 밸브를 열어서 주반응기로 레벨센서가 만족하는 높이로 증류수를 보충해 줄 수 있다.
산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에는, 접촉 분해반응을 수행한 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출되는 배기관 입구가 수면 위 임의의 위치에 배치될 수 있다. 이때, 악취 또는 유해가스 함유 공기가 접촉 산화반응에 의해 처리된 무취 또는 무해 가스 함유 공기를 배출하는 반응기의 배기관의 일부 또는 전부에는 콘덴서를 장착하여, 배출되는 공기의 이슬점을 조절하여, 반응기로부터 배출되는 공기의 수분을 제거 또는 조절하여 무취 또는 무해 가스 함유 공기를 배출하는 공간의 습도를 제어할 수 있다. 본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 친환경적인 콘덴서로 쿨링워터를 사용할 수 있다.
또한, 배기관에는 거품제거 및 냉각기 (이중자켓), 즉 콘덴서 및 Overflow stripper가 추가로 장착될 수 있다(도 9). 이를 통해 주반응기로부터 함께 섞여나오기도 하는 거품을 제거하여 응축된 용액을 다시 반응기 하부로 보내고 주반응기를 통과한 공기를 식혀주어서, 예컨대 대형 냉장고, 식품저장고, 채소저장고 등에 주입되는 신선한 공기의 온도를 낮추어 줄 수도 있다. 차가운 냉매를 공급하기 위해 더워진 냉매를 다시 냉각시키는 장치, 일종의 냉동기(compressor)인 Chiller가 상기 거품제거 및 냉각기에 장착될 수 있다.
거품제거 및 냉각기 속에 응축된 용액은 응축된 용액 회수관을 통해 주반응기로 회수될 수 있다.
경우에 따라서, 촉매용액 주입통을 통해 반응기로 촉매용액을 넣어주거나 보충할 때 뚜껑을 열고 촉매용액 주입할 수 있다. 촉매용액을 넣을 때 하부의 수동밸브를 잠궈서 반응기 내부의 공기가 촉매용액 주입통으로 빠져나오는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 촉매용액 주입 후 수동밸브를 열어 준다.
도 9에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 악취 및 유해가스 제거장치는 컴팩트하게 설계될 수 있으므로, 하부에 바퀴를 달아서 이동이 편리하도록 할 수 있다.
촉매반응의 효율을 증대하기 위하여 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 촉매 반응기는 튜브형 고정층 반응기뿐만 아니라, 미세유로반응기를 사용할 수도 있다.
도 5 내지 도 7에 예시된 바와 같이, 본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 쉘-앤-튜브형 반응기 형태일 수 있으며, 이때 튜브는 하나 또는 2이상일 수 있다. 복수개의 튜브들이 쉘 안에 배치될 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 튜브는 병렬식으로 연결된 것일 수 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이, 최대의 공간을 활용할 수 있도록 튜브들은 가장 넓은 면적을 차지할 수 있도록 접촉하여 설계될 수 있다.
쉘-앤-튜브형 반응기 형태의 악취 또는 유해가스 제거장치는, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 쉘; 및 충진제가 충진된 고정층 튜브를 구비하되, 충진제가 충진된 고정층 튜브는 하부 또는 하단 및 상부 또는 상단의 적어도 일부가 개방된 형태로, 튜브내 충진제가 빠져나옴을 방지하고 산화 촉매입자의 수분산액이 통과할 수 있는 지지체, 예컨대 메쉬 또는 타공판이 설치될 수 있다.
충진제가 튜브 하단으로 빠져나오지 않는 지지체 역할을 하면서, 쉘이 수용하고 있는 산화 촉매입자의 수분산액이 통과할 수 있도록 튜브 하부 또는 하단에 설치되는 메쉬 또는 타공판은 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 미세거품발생기로서 작동할 수 있다. 이경우 별도의 미세거품발생기를 생략할 수 있다.
한편, 도 5 내지 도 7에 예시된 바와 같이, 튜브 내 충진제가 충진된 고정층의 상단 높이는 원하는 반응기의 수면 높이 보다 더 높은 것일 수 있다. 예컨대, 튜브 내 충진제가 충진된 고정층의 상단 높이 보다 낮되 되도록 쉘 반응기의 수면 높이가 높도록 물을 보충하여 수면 높이를 조절하여 악취 또는 유해가스 함유 공기의 처리 효율을 높일 수 있다.
또한, 공기 버블은 서로 결합하여 부력에 의한 유속이 예측 또는 제어할 수 없을 정도로 달라질 수 있으므로, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 쉘 반응기 내 충진제가 충진된 고정층을 구비한 튜브를 통해, 공기 버블의 결합을 제어하면서, 공기 버블의 크기를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 공기 버블의 체류시간을 증가시킬 수 있으며, 이로인해 공기 내 악취 또는 유해가스의 촉매에 의한 산화분해 처리효율을 높일 수 있다.
쉘-앤-튜브형 반응기 형태의 악취 또는 유해가스 제거장치에서, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 쉘에는 악취 또는 유해가스 함유 공기 공급관의 도입구 및/또는 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 미세거품발생기 및/또는 물을 보충하는 배관 및/또는 수면 높이를 체크하는 레벨센서가 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 악취 및 유해물질 제거 또는 저감용 반응기를 구비한 악취 또는 유해가스 제거장치는, 밀폐형 식물공장 (수직공장, 스마트 팜)에서 발생하는 유해가스, 과일 및 채소 저장고에서 발생하는 유해가스, 돈사, 축사, 계사, 악취물질 종말처리장 등에서 발생하는 악취 제거에 사용될 수 있으며, 일반 실내용 또는 차량 실내용으로도 사용될 수 있다.
특히, 본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 중환자 또는 노인에서 배출되는 냄새 및 유해가스 제거성능이 우수하여, 병원 및 요양원에 유용하다.
도 1은 본 발명에 따라 하나의 개별 반응공간으로 작용하는 각 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기 중 산소와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 것을 예시하는 개념도이다.
도 2 내지 도 4는 단일 용기형 반응기를 사용하는 본 발명의 일구체예에 따른 악취 또는 유해가스 제거장치의 개념도이다.
도 5 내지 도 7은 쉘-앤-튜브형 반응기를 사용하는 본 발명의 일구체예에 따른 악취 또는 유해가스 제거장치의 개념도이다.
도 8은 도 7에 예시된 쉘-앤-튜브형 반응기에서, 다공성 충진제가 충진된 튜브형 내부 컬럼 또는 파이프들을 배열한 패턴과 쉘 반응기의 외부구조를 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일구체예에 따라 설계된 악취 또는 유해가스 제거장치의 외관을 나타낸 것들이다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일구체예에 따라 도 2 내지 도 7에 제시된 악취 또는 유해가스 제거장치를 사용하는, 본 발명의 악취 또는 유해가스 제거방법은
도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 단계;
상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 단계; 및
접촉 분해반응을 수행한 거품을 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출시키는 단계를 수행할 수 있다.
블로어를 통해 악취 또는 유해가스 함유 공기를 반응기 내부에 공급하는 도입관의 다양한 연결방법이 도 2 내지 도 7에 제시되어 있다.
도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 미세거품발생기 및/또는 충진제가 충진된 고정층이 반응기 내부 하부에 설치되어, 상기 거품이 반응기 하부에서 부력에 의해 상부로 이동하는 흐름을 제공할 수 있다.
도 1에는, 본 발명에 따라 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를, 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키면, 각 거품은 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기 중 산소와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 하나의 개별 반응공간으로 작용하는 것을 예시하는 개념도가 도시되어 있다.
악취 또는 유해가스 함유 공기 거품의 기액 계면에 촉매입자가 배치되도록 촉매입자의 크기를 조절할 수 있다.
또한, 악취 또는 유해가스 함유 공기 거품의 기액 계면에 촉매입자가 배치되도록 거품의 크기 및/또는 수분산액의 점도를 조절할 수 있다. 수분산액의 점도를 조절하기 위해, 산화 촉매입자의 수분산액은 거품 안정화제를 더 함유할 수 있다.
산화 촉매입자의 수분산액은 상온 내지 100℃일 수 있으며, 산화 촉매입자의 수분산액에서 형성된 하나의 개별 반응공간인 각 거품은 기액 계면에 배치된 상온 내지 100℃의 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스를 공기 중 산소와 접촉 산화반응에 의해 분해시킬 수 있다.
또한, 악취 또는 유해가스 함유 공기 거품의 크기 및 유속을 조절하여, 악취 또는 유해가스의 접촉 분해반응을 수행한 공기 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어, 악취 또는 유해가스가 감소 또는 제거된 공기 형태로 반응기 밖으로 배출시킬 수 있다.
본 발명의 악취 또는 유해가스 제거장치는 반응기의 수면 높이를 확인하여 물 공급관의 전기솔밸브 작동과 연결된 레벨센서를 구비하여, 산화 촉매입자의 교체 또는 보충 없이, 반응기의 수면 높이를 확인하여 물을 보충시킬 수 있다.
한편, 도 5 내지 도 7에 도시된 쉘-앤-튜브형 반응기를 구비한 악취 또는 유해가스 제거장치는 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 쉘; 및 다공성 충진제가 충진된 고정층 튜브를 구비한다.
다공성 충진제가 충진된 고정층 튜브는 악취 또는 유해가스 함유 공기 거품의 체류시간을 연장시킬 수 있으며, 이로인해 처리효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 튜브 내 충진제는 공기 버블들의 결합을 제어 또는 공기 버블 크기를 작게 하여, 처리효율을 높일 수 있다. 예컨대, 악취 또는 유해가스 함유 공기의 처리효율을 높이기 위해, 촉매 입자와의 접촉효율을 극대화하기 위해, 튜브는 유리섬유, 화학섬유, 작은 비드 등을 충진시킬 수 있다.
쉘-앤-튜브형 반응기에서 튜브가 복수개인 경우 악취 또는 유해가스 함유 공기의 처리용량을 늘릴 수 있다.
도 5 내지 도 7에 도시된 쉘-앤-튜브형 반응기에서 튜브의 하단은 산화 촉매입자의 수분산액의 유입구 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 튜브의 하단 또는 하부에 설치된 미세거품발생기(예, 메쉬 또는 타공판)을 통해 악취 또는 유해가스 함유 공기로부터 형성된 거품의 부력에 의해 상부로 이동하는 거품 흐름은, 산화 촉매입자의 수분산액이 상기 튜브 하단을 통해 유입되고 상기 튜브 상단을 통해 넘쳐 흐르도록 하는 구동력을 제공할 수 있다. 이때, 튜브 내부에 충진된 충전제 고정층 역시 상기 구동력에 영향을 미칠 수 있다. 쉘-앤-튜브형 반응기 전단에 설치된 블로어를 통해 공기를 이송하는 구동력 역시 상기 산화 촉매입자의 수분산액의 흐름에 영향을 줄 수 있다.
악취 또는 유해가스 제거장치에서 배출되는 공기의 수분 함량을 낮추거나 악취 또는 유해가스 제거장치가 설치된 공간의 습도를 조절하기 위해, 악취 또는 유해가스 함유 공기가 접촉 산화반응에 의해 처리된 무취 또는 무해 가스 함유 공기를 배출하는 반응기의 배출관 출구에 콘덴서를 장착할 수 있다.

Claims (15)

  1. 악취 또는 유해가스 제거장치에 있어서,
    산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키고,
    상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키고,
    접촉 분해반응을 수행한 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출되는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  2. 제1항에 있어서, 상온 또는 100℃ 이하에서 운전되는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  3. 제1항에 있어서, 악취 또는 유해가스의 접촉 분해반응을 수행한 공기 거품이 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되도록, 거품의 크기 및 유속이 조절된 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  4. 제1항에 있어서, 악취 또는 유해가스 함유 공기 거품의 기액 계면에 촉매입자가 배치되도록 촉매입자의 크기가 조절된 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  5. 제1항에 있어서, 악취 또는 유해가스 함유 공기 거품의 기액 계면에 촉매입자가 배치되도록 거품의 크기 및/또는 수분산액의 점도가 조절된 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  6. 제1항에 있어서, 산화 촉매입자의 수분산액은 거품 안정화제를 더 함유하는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  7. 제1항에 있어서, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 미세거품발생기 및/또는 충진제가 충진된 고정층을 통해 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  8. 제1항에 있어서, 산화 촉매입자의 교체 또는 보충 없이, 반응기의 수면 높이를 확인하여 물을 보충시키는 수단을 구비한 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  9. 제1항에 있어서, 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기는 쉘-앤-튜브형 반응기이고,
    산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 쉘; 및 충진제가 충진된 고정층 튜브를 구비하되,
    상기 튜브 내 충진제를 통해, 공기 버블의 체류시간 증가와 함께, 공기 버블의 결합을 제어 또는 공기 버블 크기를 작게 하는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  10. 제1항에 있어서, 악취 또는 유해가스 함유 공기가 접촉 산화반응에 의해 처리된 무취 또는 무해 가스 함유 공기를 배출하는 반응기의 배출관 출구에 콘덴서를 장착하여, 배출되는 공기의 수분 함량을 낮추는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  11. 제1항에 있어서, 악취 또는 유해가스는 식물, 사람 또는 동물에서 배출되는 가스 또는 냄새인 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  12. 제1항에 있어서, 실내 또는 옥외 공기정화기로 사용되는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  13. 제1항에 있어서, 밀폐형 식물공장에서 사용되는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거장치.
  14. 산화 촉매입자의 수분산액을 수용하는 반응기에서, 도입되는 악취 또는 유해가스 함유 공기를 수중(水中) 거품(bubble)으로 형성시키는 단계;
    상기 거품의 기액 계면에 배치된 촉매입자 상에서 거품 내 악취 또는 유해가스가 공기와 접촉 산화반응에 의해 분해되어 무취 또는 무해 가스를 생성시키는 단계; 및
    접촉 분해반응을 수행한 거품을 부력에 의해, 반응기의 수면 위로 기-액 상분리되어 반응기 밖으로 배출시키는 단계를 포함하는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거방법.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 악취 또는 유해가스 제거장치를 사용하는 것이 특징인 악취 또는 유해가스 제거방법.
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