KR20110055552A - 가스 내의 오염물의 흡수를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

가스 내의 오염물의 흡수를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 내의 오염물의 흡수를 위한 시스템에 관한 것으로, 알칼리 성분의 용액이 가스와 접촉하고, 제 1 스테이지에서 가스는 분산 상태로서 부유물 층을 통하여 안내되고, 제 2 스테이지에서 연속 상태로서 안내되며, 제 1 스테이지 및 제 2 스테이지 모두 단일 세척 컬럼에서 구조적으로 조합된다. 산성 오염물 가스를 제거하기 위한 하나의 접촉 장치 내의 본 발명에 따른 거품 컬럼 및 소적 컬럼의 조합은 재료 운반 및 에너지 소모에 대해 최적화되는 제거 장치를 초래한다.

Description

가스 내의 오염물의 흡수를 위한 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR THE ABSORPTION OF POLLUTANTS IN GASES}
본 발명은 가스 내의 오염물의 흡수를 위한 플랜트 및 방법에 관한 것이다.
다수의 산업적 공정, 특히 연소 공정에서, 이산화황(SO2), 염산(HCL), 불화수소(HF) 및/또는 질소산화물(NO, NO2)와 같은 산성 성분들을 포함하는 연소 가스(smoke gas) 또는 배기 가스가 발생되며, 이 산성 성분들은 생태계에 대한 이들의 유해성 때문에, 오염물로서 지적된다.
사람, 동물 및 식물의 보호를 위해, 이에 따라, 배기 가스 내의 오염물에 대한 허용가능한 제한치에 대한 법률상 규정이 발행되었다.
이러한 제한치에 충실하도록, 배기 가스의 정화가 많은 경우 필요하다.
산업용 저울에 이미 적용되는 습식 배기 가스 처리로서 알려진 것에 대한 다양한 기술이 종래 기술에 공지되어 있다. 이러한 방법에서, 칼슘 흡수제(석회석, 생석회 및 석회의 수화물)는 오염물의 분리를 위해 주로 이용된다. 이러한 칼슘 혼합물이 물과 혼합되고, 이어서 부유물의 형태로 존재하여 연소 가스 내에 존재하는 산성 가스와 접촉하여, 가스 상태로부터 액체 상태로의 오염물의 흡수가 발생될 수 있다. 액체 상태로 흡수되는 산성 오염물이 이어서 존재하고, 이온 형태로 용해되고 부유물 내에서 용해되는 석회 흡수제의 칼슘 이온과 반응한다.
공정의 추가 처리에 따라, 결과적인 반응 제품이 부유물 내에 용해되어 남아 있을 수 있고, 대응하는 과포화의 경우 결정을 형성하고 궁극적으로 심지어 고체 형태로 침전된다.
특히 배기 가스 내의 기름-점화 및 석탄 점화 연소 공정 동안, 배기 가스 내의 주요 오염물은 이산화황(SO2)이다.
알려진 바와 같이, 연소 가스 탈황 플랜트에서, SO2는 앞에서 설명된 방법에 의해 연소 가스로부터 분리되며, 석회석 부유물 형태의 석회석이 칼슘 흡수제로서 주로 이용된다. 이러한 플랜트에서, 흡수된 이산화황(SO2) 및 부유물 내의 용해된 석회석은 이용가능한 석고(gypsum)(CaSO4 2H2O)로의 산화 및 결정화 공정 후 발생된다.
낙하 컬럼(drop column)을 구비한 분무 타워로서 연소 가스 탈화를 위한 접촉 장치를 설계하는 것이 종래 기술에 공개되어 있다. 이러한 분무 타워에서, 석회석 부유물이 다수의 대체로 수평으로 배치된 분무 레벨 및 분무 노즐을 경유하여 분무된다. 분무 노즐로부터 나오는 석회석 부유물 방울은 유동하는 연소 가스와 접촉하고, 열 및 질량(mass) 전달 공정이 발생한다.
연소 가스/부유물 혼합물이 유제(emulsion)로서 고려되는 경우, 연소 가스가 연속 상태로서 운반되고 석회석 부유물이 분산 상태로서 운반된다.
이러한 분무 타워 내의 종래의 연소 가스 비움-관(empty-pipe) 속도는 2.5 내지 5 m/sec이다.
설명된 열 및 질량 전달 공정에서, 대체로, 열이 연소 가스로부터 추출되어, 부유물 방울로부터 물의 증발을 초래한다. 증발된 물은 기체 상태로 변환되고(연속 상태) 연소 가스의 포화를 초래한다.
연소 가스 내에 포함된 이산화황(SO2)은 부유물 방울 내의 흡수에 의해 분해되고 결과적으로 중간 스테이지를 경유하여 또한 분해된 칼슘 이온(Ca++)과 반응하여 아황산 칼슘을 형성하고 부유물 방울 내에 분해된 형태로 존재하는 산소를 경유하여 추가 산화 후 칼슘 황산염을 형성하도록 한다.
부유물 방울은 하방으로 떨어져 연속적으로 자신의 경로를 따라 이산화황을 흡수한다. 접촉 장치의 하부 영역에서, 부유물 방울은 공지된 바와 같이 수집부(sump)에 수집되고, 접촉 시간을 증가시키기 위해 순환 시스템에 의해 분무 레벨을 경유하여 다시 연소 가스와 접촉하게 된다.
더욱이, 수집부에서, 예를 들면 주입되는 공기와 같은 산소 함유 가스에 의해, 부유물이 추가의 산화 반응을 위해 산소로 부화되어(enrich), 공정의 최적 처리에서 칼슘 황산염으로의 칼슘 아황산염의 완전한 산화가 발생한다.
증가된 체류 시간으로, 과포화에 도달할 때까지 수집부 내의 굳어진(bound) 칼슘 황산염의 분율(fraction)이 상승하고, 결정화 스테이지 후, 석고(CaSO4 2H2O)의 형태로 황산염이 침전된다.
적절한 폐쇄 루프 및 제어 회로에 의해, 석회석 부유물 및 공정수(방울로부터의 증발 손실)가 접촉 장치로 연속적으로 계량되고, 부유물은 또한 수집부로부터 취출되어, 정지 상태가 설정되도록 한다. 수집부로부터의 취출 부유물이 대체로 석고를 얻도록 후술되는 탈수 공정으로 전달된다.
분무 타워에 의해 설명되는 연소 가스 세척(scrubbing)의 단점은 20 내지 40 m의 높이 및 상대적으로 높은 에너지 소모를 가지는 타워를 구비한 플랜트의 요구된 치수이다.
이에 대한 하나의 선택예로서, WO 96/00122호는 접촉 장치가 알려진 바와 같이, 거품 컬럼으로서 설계되는 플랜트를 공개한다. 이러한 경우, 분무 타워 내의 낙하 컬럼에 비해, 연소 가스 및 석회석 부유물의 상태 할당이 상호 변경된다, 즉 부유물이 연속 상태로서 존재하고 연소 가스가 분산 상태로서 존재한다.
1.1 m 까지의 높이를 가진 부유물 층이 형성되며, 이 부유물 층 내로 연소 가스가 예를 들면 부유물 층 아래의 구조 망(sieve tray)과 같은, 분배기 트레이를 경유하여 또는 부유물 층 내로 담겨지는 다수의 분배기 보어를 구비한 담금(dip) 파이프를 경유하여 거품의 형태로 도입된다. 이러한 타입의 장치는 따라서 또한 거품 세척기(scrubber)로서 지정된다. 그러나, 이러한 타입의 거품 세척기의 연소 가스 비움-관 속도는 단지 약 1.5 내지 2.5 m/sec이다.
본 발명의 기초로 하는 목적은 상술된 방법들을 개선하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 가스 내의 오염물의 흡수를 위한 플랜트에 의해 달성되며, 이 플랜트 내에 알칼리성 구성물을 가지는 용액이 가스와 접촉하고, 가스는 부유물 층을 통하여 분산 상태로서 제 1 스테이지에서 그리고 연속 상태로서 제 2 스테이지에서 운반되며, 연속 상태 내로 부유물이 분산 상태로서 분무되고 두 개의 스테이지는 개별 세척 타워 내에서 구조적으로 조합된다.
본 발명의 유용한 상세함이 종속항에 포함된다.
본 발명에 따라, 낙하 컬럼 및 거품 컬럼의 장점은 공통 접촉 장치 내에 조합되는 두 개의 방법에 의해 이용된다.
바닥으로부터 상방으로 세척 타워를 통하여 유동하는 연소 가스는 제 1 스테이지에서 더 높은 이산화황 농도의 경우 거품 컬럼에서 정화된다. 제 2 스테이지에서, 낙하 컬럼에서 정화가 이루어진다.
이는 본 발명이 기초로 하는 구성(finding)을 실시하고, 이 구성에 따라 낙하 컬럼을 구비한 분무 타워가 상대적으로 낮은 이산화황 농도에서 및 가스의 정화에서 거품 세척기에 비해 바람직하며, 반면 거품 세척기는 높은 이산화황 농도의 경우 유용하다.
본 발명은 도면들에 의해 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 플랜트를 보여주며,
도 2는 분산 및 가스 분배 장치의 설계 변형예를 보여준다.
도 1은 원통형 세척 타워의 단면을 보여주는데, 원통형 세척 타워 내에서 연소 가스(smoke gas)가 연소 가스 유입구(1)를 경유하여 세척 타워 내로 유동하고 수직 상방 유동으로 편향되고, 2.5 m/s 내지 4.5 m/s의 비움-관 속도가 달성된다.
심지어 연소 가스 냉각은 이러한 영역 내로 떨어져 거품 세척의 제 1 스테이지로부터 나오는 부유물 방울의 결과로서 발생하며, 최적의 경우 연소 가스의 단열 포화 온도로 미리 이끌어진다.
그 후 연소 가스는 분산 및 가스 분배 장치(3)를 경유하여 거품 세척의 부유물 층 내로 통과한다. 이러한 경우 가스 분배 및 거품 형성은 도 2에 도시된 격자형(grate-like) 설계 및 유용한 설계 변형의 트레이 구조물(3a)에 의해 발생된다.
분산 및 가스-분배 장치(3)에서, 자유 가스 단면은 전체 스크러버 단면의 15% 내지 50%로 감소된다. 이러한 경우 달성되는 연소 가스 가속도에 의해, 거품 컬럼은 분산 및 가스-분배 장치(3) 위에 형성되고 0.4 m 내지 1.0 m의 높이에 도달한다. 층의 높이는 런-오프 장치(run-off device; 3b)에 의해 세척 타워의 설계로 한정된다. 형성되는 거품 컬럼의 레벨은 설계 높이를 넘을 때, 부유물은 세척기의 런-오프 장치(3b) 및 방출 라인(3c, 3d) 위로 주로 세척기 수집부(13) 내로 흐른다. 이러한 경우, 또한 물기 없는 석고를 얻도록 흐르는 부유액을 탈수 유닛으로 전달하는 것을 고안할 수 있다. 거품 컬럼으로부터 나오는 연소 가스는 이어서 분무 타워의 거품 컬럼 위에 형성되는 흡수 공간(5) 내로 또는 낙하 컬럼 내로 직접 통과한다. 부유액은 분무 레벨(4)의 분무 노즐을 경유하여 도입되어 연소 가스와 접촉되어 방울(drop) 형태가 된다.
두 개의 스테이지(stage)에는 순환 장치(7a, 7b)에 의해 신선한 부유액이 공급된다. 마지막 분무 레벨을 통과한 후, 연소 가스가 혼입된 소적이 세정 장치(scanvanging device; 8)에 의해 정규적으로 세정되고 방울 분리기 장치(6)로 분리되어 결론적으로 퇴적물이 없게 된다. 방울 분리기(6)의 하류부에, 연소 가스가 대응하는 연소 가스 유출 구조물(2)을 경유하여 세척 타워로부터 나온다.
수집부(13) 내에 수집된 부유물에는 공기(11)의 주입에 의해 산화용 산소가 공급된다.
수집부 내에 고체 입자가 가라앉는 것이 교반기(9)에 의해 방지되고 교반기는 더욱이 충분한 상호 혼합을 보장한다.
중단 작업시 전체 세척 시스템을 유지하도록, 신선한 석회석 부유물이 시스템(10)으로 공급되고 대응하는 부유물 스트림이 석고를 얻도록 세척 시스템으로부터 추출된다(lock out; 12).
3b 런-오프 장치
3c, 3d 방출 라인
13 세척기 수집부
5 흡수 공간
4 분무 레벨
7a, 7b 순환 장치
6 방울 분리기 장치
8 세정 장치
6 방울 분리기
2 연소 가스 유출 구조물
9 교반기

Claims (10)

  1. 알칼리성 성분을 가지는 용액이 가스와 접촉하는, 가스 내의 오염물의 흡수를 위한 플랜트에 있어서,
    상기 가스가 분산 상태로서 부유물 층을 통하여 운반되는 제 1 스테이지(stage)가 제공되고, 상기 가스가 연속 상태로서 운반되는 제 2 스테이지가 제공되며, 상기 연속 상태 내로 부유물이 분산 상태로서 분무되고, 상기 제 1 스테이지 및 상기 제 2 스테이지가 개별 세척 타워(scrubbing tower) 내에 구조적으로 조합되는 것을 특징으로 하는,
    가스 내의 오염물의 흡수를 위한 플랜트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이지의 부유물 층은 0.25 m 내지 1.0 m의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는,
    가스 내의 오염물의 흡수를 위한 플랜트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    자유 가스 단면이 상기 세척 타워의 전체 단면의 15% 내지 50%로 감소되는 방식으로, 분산 및 가스-분배 장치(3)가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    가스 내의 오염물의 흡수를 위한 플랜트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 분산 및 가스-분배 장치(3)는 위 아래로 배치되는 두 개 이상의 바아-타입 또는 튜브-타입 격자로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    가스 내의 오염물의 흡수를 위한 플랜트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    일정한 층 높이의 거품 형태를 유지하도록, 상기 부유물의 방출을 위해 세척기 수집부(13)로 연결되는(3c, 3d) 런-오프 장치(run-off device; 3b)가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    가스 내의 오염물의 흡수를 위한 플랜트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 런-오프 장치(3b)는 부가 외향 연결부(3d)를 가지는 것을 특징으로 하는,
    가스 내의 오염물의 흡수를 위한 플랜트.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 런-오프 장치(3b)를 경유하여 초기에 흐르는 상기 부유물을 분무하기 위한 장치가 상기 분산 및 가스-분배 장치(3) 아래 제공되는 것을 특징으로 하는,
    가스 내의 오염물의 흡수를 위한 플랜트.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 스테이지는 하나 이상의 분무 레벨(4)을 가지며, 분무되는 방울은 600 ㎛ 내지 6000 ㎛의 범위 내의 사우터 직경(Sauter diameter)을 가지는 것을 특징으로 하는,
    가스 내의 오염물의 흡수를 위한 플랜트.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 스테이지의 상류부에 스프레이 레벨이 부가적으로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    가스 내의 오염물의 흡수를 위한 플랜트.
  10. 알칼리성 성분을 가지는 용액이 가스와 접촉하는, 가스 내의 오염물의 흡수를 위한 방법으로서,
    제 1 단계에서, 상기 가스가 부유물 층을 통하여 분산 상태로서 운반되고, 제 2 단계에서, 상기 가스가 연속 상태로서 운반되며, 상기 연속 상태 내로 부유물이 분산 상태로서 분배되는 것을 특징으로 하는,
    가스 내의 오염물의 흡수를 위한 방법.
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