KR20200068501A - 유동층 흡착 장치 - Google Patents

Abstract

악취나 휘발성 유기 화합물을 포함하는 유해 성분를 흡착 처리하는 유동층 흡착 장치가 개시된다. 본 발명은 폐가스 내의 오염 성분을 흡착하기 위한 유동층 흡착 장치에 있어서, 하부에 폐가스 주입구와 상부에 폐가스 배출구를 구비한 하우징; 상기 하우징 상부의 흡착제 주입구; 상기 하부의 흡착제 배출구; 상기 흡착제 주입구 및 상기 흡착제 배출구 사이에서 수직 방향으로 배치되는 복수의 시브 트레이와 상기 시브 트레이 사이의 이송덕트들을 포함하여, 상기 흡착제가 유동하는 다단 흡착단; 및 상기 다단 흡착단을 수직 방향으로 관통하는 중심덕트와 인접하는 시브 트레이 사이에서 상기 중심덕트로부터 분기되는 노즐덕트를 포함하는 유동층 흡착 장치를 제공한다.

Description

유동층 흡착 장치{Fludized Bed Adsorption Unit}

본 발명은 내마모성이 높은 유동성이 높은 형상의 흡착제를 이용한 악취처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 악취나 휘발성 유기 화합물을 포함하는 유해 성분를 흡착 처리하는 유동층 흡착 장치에 관한 것이다.

산업 현장에서 발생하는 악취나 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound)을 포함하는 폐가스를 제거하는 데에는 다양한 방식이 사용된다. 예컨대, 연소법, 생물학적 처리법, 약액 세정법 그리고 흡착법 등이 사용될 수 있다.

이 중 흡착법은 활성탄 또는 제올라이트 등을 이용하여 휘발성유기화합물을 흡착하고 이를 탈착하여 농축된 휘발성유기화합물을 처리하는 방법이다. 활성탄은 무수히 많은 미세공과 넓은 표면적을 가지고 있기 때문에, 벤젠이나 톨루엔 가스와 같이 분자량이 비교적 큰 휘발성 유기화합물이 활성탄층을 통과하게 되면, 반데르발스 힘에 의하여 휘발성 유기화합물의 대부분이 저압의 모세관 내부로 유입되고, 이 모세관의 내부에서 휘발성 유기화합물이 응축된 상태로 흡착된다. 이러한 흡탈착식 농축산화법은, 넓은 농도범위에 적용이 가능하며, 설치비용 및 운전비용이 저렴하고, 조작이 간단한 장점이 있다.

일반적으로 활성탄을 이용한 휘발성유기화합물 처리 장치는 활성탄을 충진한 복수의 흡착탑을 설치하고 흡착과 탈착을 교대로 반복하는 고정상식 장치이거나 또는 탑 상단으로부터 활성탄을 하강시켜, 탑 하단으로부터 유입되는 폐가스에 의해 활성탄을 유동시키면서 휘발성 유기화합물을 흡착하고 탑 하단에서 얻어지는 흡착제의 활성탄을 별도로 설치된 탈착 장치로 탈착하는 유동층식 장치가 알려져 있다. 활성탄에 의해 농축된 휘발성유기화합물은 온도와 압력에 의해 활성탄으로부터 탈착되고 이는 연소 및 응축회수되어 발전, 리포밍드의 후처리과정을 통해 재활용되고, 활성탄은 재생된다.

일반적으로 유동층식 장치는 흡착부, 탈착부, 활성탄 반송부 및 용제분리부 등으로 구성되어 있는데, 흡착부는 다단의 다공판으로 활성탄의 유동부와 유하부로 구성되어, 활성탄은 하부로부터 상승하는 용제 함유 가스에 의해 다공판상에서 유동층을 형성하여 용제를 흡착하며, 활성탄은 순환량과 일치하는 양이 유하부로부터 하단의 다공판으로 흘러내려 간다. 그러나, 종래의 유동층식 장치에서는 흡착탑 내에서의 균일한 유동을 보장하기 어렵다는 문제점이 있다.

(1) 한국등록특허 1263363호

이와 같은 종래의 유동층식 장치에서 활성탄은 기류와 중력에 의해 이동하게 되는데, 본 발명의 발명자들은 점착성 미스트 등과 같은 입자의 유착이나 불균일한 기류에 의해 흡착제인 활성탄이 흡착부 중에서 활성탄이 유동하지 않는 국부적인 비유동화영역을 형성하는 경우가 있고, 이는 파과점에 이른 상태의 활성탄이 흡착부의 내에 잔류하는 결과가 되어 흡착 효율을 저해한다는 문제점을 나타냄을 발견하였다.

이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 흡착탑 내에서 양호한 유동 특성을 갖는 유동층식 흡착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 유동층 체류시간을 제어할 수 잇는 유동층식 흡착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 폐가스 내의 오염 성분을 흡착하기 위한 유동층 흡착 장치에 있어서, 하부에 폐가스 주입구와 상부에 폐가스 배출구를 구비한 하우징; 상기 하우징 상부의 흡착제 주입구; 상기 하부의 흡착제 배출구; 상기 흡착제 주입구 및 상기 흡착제 배출구 사이에서 수직 방향으로 배치되는 복수의 시브 트레이와 상기 시브 트레이 사이의 이송덕트들을 포함하여, 상기 흡착제가 유동하는 다단 흡착단; 및 상기 다단 흡착단을 수직 방향으로 관통하는 중심덕트와 인접하는 시브 트레이 사이에서 상기 중심덕트로부터 분기되는 노즐덕트를 포함하는 유동층 흡착 장치를 제공한다.

본 발명에서 상기 노즐덕트를 통해 상방의 시브 트레이를 향하여 고압 가스가 분사될 수 있다.

또한 본 발명은 상기 중심덕트를 회전하기 위한 구동 수단을 더 포함하고, 상기 노즐덕트는 상기 중심덕트를 중심으로 회전하는 것일 수 있다. 이 때, 상기 구동 수단은 상기 중심덕트의 상단에 위치할 수 있다.

또한, 상기 중심덕트의 하단에는 압력챔버가 구비될 수 있다. 이는 외부로부터 유입되는 고압의 기체를 회전하는 중심덕트에 전달하기 위한 챔버이다.

본 발명에서 상기 흡착제는 상기 이송덕트를 통하여 상부의 시브 트레이에서 하부의 시브 트레이로 유동하며, 상기 이송덕트는 시브 트레이에서의 흡착제 체류 시간을 조절하기 위한 송풍덕트를 구비할 수 있다.

본 발명에 따르면, 흡착탑 내에서 흡착 입자의 강제 유동에 의하여 흡착 효율의 저하를 억제하는 유동층식 흡착 장치를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡착 장치를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 흡착 시스템의 구성을 모식적으로 도시한 도면이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상술한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명의 명세서에서 휘발성 유기화합물이란 폐가스 중의 유기 용제와 같은 휘발성 유기 화합물 성분뿐만 아니라 악취 성분 등의 오염 성분이나 유해 성분을 모두 지칭하는 용어로 사용된다. 따라서, 본 발명의 명세서에서 휘발성 유기화합물이라는 용어는 폐가스의 종류에 따라 그 성분이 달라질 수 있는데, 예컨대 악취 성분만을 지칭할 수도 있고, 휘발성 유기화합물 성분을 지칭할 수도 있으며 악취 성분과 휘발성 유기 화합물 성분 모두를 지칭할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 흡착 장치를 모식적으로 도시한 측면도이다.

흡착 장치(100)는 하우징(110) 하부에 폐가스 주입구(150)와 상부에 폐가스 배출구(160)을 구비하며, 내부에 다단의 흡착단을 구비하고 있다. 또한, 흡착 장치(100)는 상부과 하부에 각각 흡착제 주입구(126)와 흡착제 배출구(128)를 구비하고 있다.

흡착단은 타공판과 같은 시브 트레이(120)와 시브 트레이의 일단에서 하방 연결되는 흡착제 이송덕트(122)를 포함한다. 상기 흡착제 주입구로 주입된 흡착제(10)는 상기 폐가스 주입구(150)로부터 주입되는 상방의 폐가스에 의해 각 단의 시브 트레이 상에서 유동한다. 상기 흡착제는 상기 시브 트레이(120) 상에 유동층을 형성하고, 시브 트레이(120) 및 이송덕트(122)를 따라 유동하면서 중력에 의해 하방의 시브 트레이로 이송된다. 이와 같이 각 단의 시브 트레이를 유동한 후 흡착제는 상기 흡착제 배출구(128)로 배출된다.

각 단의 유동층에서 활성탄 입자와 폐가스와의 밀도 차가 크고 층이 두꺼워지면 버블링, 채널링이 발생하기 쉽고 입자의 충돌마모도 발생하기 쉽다. 따라서, 각 단의 정지층 높이는 약 10~20 mm, 유동층 높이는 20~40 mm로 유지되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 각 단에서 유동 흡착제의 체류량을 일정하게 유지하기 위하여 각 단을 연결하는 이송덕트에 송풍덕트를 구비하고 있다. 이 송풍덕트를 통해 투입된 가스는 이송덕트에 에어커튼(air-curtain)을 형성하여 하방으로 낙하하는 흡착제의 양을 조절하고, 이에 따라 각 단의 시브 트레이에서의 체류 시간을 조절할 수 있다. 송풍덕트의 압축 가스공급을 위하여 고압 송풍기나 공정 압착 가스가 사용될 수 있다. 상기 송풍덕트로는 상기 흡착 장치 외부의 공기 또는 폐가스가 유입되게 하거나 또는 이들의 혼합 가스가 투입되게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 유동층 흡착 장치는 흡착제의 국부적인 정체를 해소하여 균일한 유동층을 형성하기 위하여 흡착제로 고압의 가스를 분사하기 위한 수단을 더 구비한다.

도시된 바와 같이, 상기 수단은 중심덕트 및 상기 중심덕트로부터 분기되는 노즐덕트를 포함할 수 있다. 상기 중심덕트는 복수의 시브 트레이를 관통하여 유동층 흡착 장치 상부로 연장되고, 상기 복수의 트레이 사이에는 상기 중심덕트로부터 노즐덕트가 분기되어 있다. 상기 노즐덕트에는 가스를 분사하는 복수의 노즐이 덕트의 길이 방향을 따라 열을 지어 배치되어 있다.

상기 노즐턱트는 트레이에 근접하여 배치되는 것이 바람직하다. 도면에는 예시적으로 노즐턱트가 상기 트레이의 하부에 근접하여 배치되어 있는 모습을 보여준다. 이 때, 노즐덕트의 노즐은 상방을 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.

분기된 노즐덕트에는 고압의 가스가 공급된다. 이를 위하여 상기 흡착 장치에는 고압 팬이 부가될 수 있다. 또한, 중심덕트의 하단에는 상기 고압 팬에 의해 송풍된 가스를 보관하는 압력 챔버가 구비될 수 있다. 압력 챔버로 공급된 고압의 가스는 중심덕트를 경유하여 분기된 복수의 노즐덕트에 공급되어 노즐을 통해 분사된다.

도 1에는 시브 트레이 사이에는 중심덕트로부터 하나의 노즐 덕트가 분기된 것을 도시하고 있지만, 이와 달리 둘 이상의 노즐덕트가 분기될 수 있음은 물론이다. 예컨대, 복수의 노즐덕트가 중심덕트를 중심으로 방사형으로 배치될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명에서 노즐덕트는 상기 흡착 장치 내에서 회전 가능하게 장착될 수 있다. 이를 위하여 상기 중심덕트에는 모터와 같은 구동 수단이 부가될 수 있다. 예시적으로, 상기 중심덕트는 상기 중심덕트의 상부에 설치되어 있다. 상기 구동 수단은 중심덕트를 회전시키고 그 결과 중심덕트로부터 분기된 노즐덕트가 회전하게 된다. 이러한 구조는 고압의 가스를 시브 트레이의 전역에 고르게 분사하여 시브 트레이 내에서 흡착제의 국부적인 정체가 발생하지 않게 하는 데 도움을 줄 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 처리 시스템의 일례를 모식적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 전술한 유동성 흡착 장치(100)가 전체 시스템의 일부인 유동층 흡착부로서 제공된다. 본 실시예에서 상기 유동성 흡착부는 시스템의 다른 부분과 분리된 별도의 장치일 수도 있으며, 전체 시스템의 일부일 수도 있다.

유동성 흡착부(100)에는 흡착제 저장조(200)로부터 흡착제가 공급된다. 흡착제는 상기 흡착제 주입구를 통해 제공될 수 있다. 또한, 상기 유동성 흡착부에는 유체 이송팬(170)을 통해 용제를 유기 용제를 포함하는 폐가스가 공급된다. 공급된 폐가스의 휘발성 유기화합물 성분은 흡착제에 흡착되고, 유동성 흡착부(100)의 상부 배출구로 정화기체가 배출된다.

휘발성 유기화합물을 흡착하여 파과점에 달한 흡착제는 흡착제 배출구(128)을 통해 배출된다. 배출된 흡착제는 탈착부(310)로 이송되고 흡착된 성분은 열과 같은 적절한 수단에 의해 탈착된다. 탈착이 완료된 흡착제는 저장조(200)로 이송되어 저장된다. 한편, 탈착된 가스는 탈착용제 회수부(냉각부; 320)에서 냉각 응축되어 응축물로 회수되고, 응축되지 않은 휘발성 유기화합물 가스나 탈착에 사용된 캐리어 가스(질소, 이산화탄소 등)는 탈착가스 순환펌프(330)를 통해 탈착부로 순환될 수 있다.

10 흡착제
100 유동성 흡착 장치
110 하우징
120 시브 트레이
122 흡착제 이송덕트
124 송풍덕트
126 흡착제 주입구
128 흡착제 배출구
130 고압 가스 분배 기구
132 압력 챔버
134 중심덕트
136 노즐덕트
138 구동 수단
150 폐가스 주입구
160 폐가스 배출구
170 유체 이송팬
200 유동성 흡착제 저장조
210 흡착제 이동수단
310 탈착부
320 탈착용제 회수부
330 탈착가스 순환펌프

Claims (6)

1. 폐가스 내의 오염 성분을 흡착하기 위한 유동층 흡착 장치에 있어서,
   하부에 폐가스 주입구와 상부에 폐가스 배출구를 구비한 하우징;
   상기 하우징 상부의 흡착제 주입구;
   상기 하부의 흡착제 배출구;
   상기 흡착제 주입구 및 상기 흡착제 배출구 사이에서 수직 방향으로 배치되는 복수의 시브 트레이와 상기 시브 트레이 사이의 이송덕트들을 포함하여, 상기 흡착제가 유동하는 다단 흡착단; 및
   상기 다단 흡착단을 수직 방향으로 관통하는 중심덕트와 인접하는 시브 트레이 사이에서 상기 중심덕트로부터 분기되는 노즐덕트를 포함하는 유동층 흡착 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 노즐덕트를 통해 상방의 시브 트레이를 향하여 고압 가스가 분사되는 것을 특징으로 하는 유동층 흡착 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 중심덕트를 회전하기 위한 구동 수단을 더 포함하고,
   상기 노즐덕트는 상기 중심덕트를 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 유동층 흡착 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 구동 수단은 상기 중심덕트의 상단에 위치하는 것을 특징으로 하는 유동층 흡착 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 중심덕트의 하단에는 압력챔버를 구비하는 것을 특징으로 하는 유동층 흡착 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 흡착제는 상기 이송덕트를 통하여 상부의 시브 트레이에서 하부의 시브 트레이로 유동하며,
   상기 이송덕트는 시브 트레이에서의 흡착제 체류 시간을 조절하기 위한 송풍덕트를 구비하는 것을 특징으로 하는 유동층 흡착 장치.
   

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