KR101626015B1 - 폐촉매 회수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐촉매의 회수가 신속하게 이루어지고, 촉매 회수율이 증가될 수 있는 폐촉매 회수장치를 개시한다.
본 발명은 폐촉매와 함께 촉매 회수에 필요한 1차물질이 투입되는 내부 수용공간이 구비된 회수용기와, 상기 회수용기의 개구부를 복개하는 커버(17)와, 상기 회수용기를 관통하는 회수구(16a)에 설치된 필터(16)로 구성되고, 필터(16)를 통해 용액에 녹은 상태의 촉매를 1차로 회수한 이후에, 상기 회수용기 내부에 곧바로 2차물질을 투입하여 촉매의 2차 회수가 이루어질 수 있다.

Description

폐촉매 회수장치{CATALYST RECOVERY}

본 발명은 폐촉매 회수장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 쿨링타임이 짧고, 물 세척과 석회수 세척이 하나의 장치에서 모두 가능한 폐촉매 회수장치에 관한 것이다.

지구 온난화와 같은 환경문제가 대두되면서 청정 기술을 활용하여 화석 연료, 특히 석탄으로부터 에너지를 생산하는 기술이 개발되고 있다. 이러한 기술에서는 환경오염이 심한 석탄의 직접적 연소 방식 대신 열화학적 전환 공정을 통하여 석탄을 수소와 일산화탄소의 합성 가스를 생산하는 가스화 기술이 사용된다. 이러한 메탄 가스 생성장치에는 고온, 고압 조건에서 석탄 등을 가스화하여 일산화탄소 가스, 수소 가스 등을 생산한 다음, 생산된 일산화탄소를 메탄화 반응기에서 메탄화 시켜서 메탄 가스를 생성하였다. 이러한 장치로 국내 공개특허공보 제2010-0116540호 '대체 천연가스 발생을 위한 방법 및 장치'가 개발되었다.

이러한 종래 구조의 촉매 석탄 가스화 공정에 사용되는 촉매는 석회수 세척(Limewater washing)에 의해 회수되었다. 이러한 석회수 세척방법은 6회 이상의 과정을 거쳐야 회수가 가능한 한계가 있었다. 석탄 가스화 공정에 사용되는 촉매 염은 고가로서, 이를 재활용하기 위해서는 반복적인 석회수 세척을 통해서만 가능하므로 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제2010-0116540

상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 물 세척과 석회수 세척을 하나의 장치에서 차례로 실시하는 것이 가능하도록 하여 촉매 회수 효율을 향상시킬 수 있는 폐촉매 회수장치를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 목적은 간단한 구조로 물 세척과 석회수 세척을 하나의 장치에서 차례로 실시하는 것이 가능하도록 하여 경제성이 확보될 수 있도록 하는 폐촉매 회수장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 폐촉매 회수장치는 폐촉매와 함께 촉매 회수에 필요한 1차물질이 투입되는 내부 수용공간이 구비된 회수용기; 상기 회수용기의 개구부를 복개하는 커버; 상기 회수용기를 관통하는 회수구에 설치된 필터;를 포함하고, 상기 필터를 통해 용액에 녹은 상태의 촉매를 1차로 회수한 이후에, 상기 회수용기 내부에 곧바로 2차물질을 투입하여 촉매의 2차 회수가 이루어진다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 1차물질은 증류수로 이루어진다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 2차물질은 증류수와 함께 투입되는 분말 상태의 수산화칼슘과 수산화칼륨으로 이루어진다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 커버에는 질소 가스를 주입할 수 있는 질소 주입라인과 배출라인이 연결된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 커버에는 상기 회수용기의 내부 수용공간에 투입되어 회전하는 교반기가 장착된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 커버에는 상기 회수용기의 내부 수용공간에 투입되어 온도를 측정하는 온도센서나 압력을 측정하는 압력센서가 장착된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 커버에는 상기 회수용기의 내부 수용공간에 인입되어 냉각시키는 열교환기가 장착된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 회수용기는 스테인레스 용기; 및 상기 스테인레스 용기의 내측면에 설치되는 강화유리 용기로 구성되고, 상기 스테인레스 용기의 외주면에는 히터가 장착된다.

또한, 보다 바람직하게는, 상기 회수용기 내부의 온도와 압력을 측정한 신호를 전달받아 회수용기 내부의 온도, 압력 및 교반기의 회전속도를 제어하는 제어부가 더 포함된다.

이와 같이 본 발명에 의한 폐촉매 회수장치는 물 세척 공정을 거쳐 촉매의 1차회수를 실시한 회수용기에서 곧바로 석회수 세척 공정을 실시하여 촉매의 2차회수를 실시할 수 있어 작업시간이 단축됨과 동시에 촉매 회수율이 향상되는 효과가 있다.

또한 회수용기 내부에 냉각수나 냉매가 흐르는 열교환기를 설치하여 쿨링타임을 단축할 수 있어 작업시간이 단축되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예인 폐촉매 회수장치를 도시한 상태도,
도 2는 도 1에 도시된 회수용기를 도시한 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예인 폐촉매 회수장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서 1) 첨부된 도면들에 도시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 개략적인 것으로 다소 변경될 수 있다. 2) 도면은 관찰자의 시선으로 도시되기 때문에 도면을 설명하는 방향이나 위치는 관찰자의 위치에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 3) 도면 번호가 다르더라도 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용될 수 있다. 4) '포함한다, 갖는다, 이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 5) 단수로 설명되는 경우 다수로도 해석될 수 있다. 6) 형상, 크기의 비교, 위치 관계 등이 '약, 실질적' 등으로 설명되지 않아도 통상의 오차 범위가 포함되도록 해석된다. 7) '~후, ~전, 이어서, 후속하여, 이때' 등의 용어가 사용되더라도 시간적 위치를 한정하는 의미로 사용되지는 않는다. 8) '제1, 제2, 제3' 등의 용어는 단순히 구분의 편의를 위해 선택적, 교환적 또는 반복적으로 사용되며 한정적 의미로 해석되지 않는다. 9) '~상에, ~상부에, ~하부에, ~옆에, ~측면에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우 '바로'가 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다. 10) 부분들이 '~또는'으로 전기적으로 접속되는 경우 부분들 단독뿐만 아니라 조합도 포함되게 해석되나, '~또는, ~중 하나'로 전기적으로 접속되는 경우 부분들 단독으로만 해석된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예인 폐촉매 회수장치를 도시한 상태도이고, 도 2는 도 1에 도시된 회수용기를 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 일 실시예인 폐촉매 회수장치는 폐촉매와 함께 1차물질이나 2차물질이 투입되는 내부 수용공간이 구비된 회수용기와, 회수용기의 개구부를 복개하는 커버(17)와, 회수용기의 내부에 설치된 열교환기와, 회수용기의 내부에 인입된 교반기(3)로 구성된다.

1차물질은 증류수로 이루어지고, 2차물질은 증류수와 함께 분말 상태의 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 수산화나트륨(KOH)로 이루어진다.

회수용기는 폐촉매가 인입되는 내부공간이 구비된 강화유리 용기(8)와, 상기 강화유리 용기(8)를 둘러싸는 스테인레스 용기(6)로 구성된다. 스테인레스 용기(6)의 외주면에는 히터(5)가 감겨져 있다. 히터(5)는 스테인레스 용기(6)에 열을 가하여 투입된 폐촉매의 온도를 조절할 수 있다.

또한 스테인레스 용기(6)와 강화유리 용기(8)의 저면에는 회수구(16a)가 관통된다. 회수구(16a)에는 액화된 폐촉매가 통과되는 필터(16)가 장착된다.

커버(17)는 회수용기의 개구부를 복개할 정도의 면적을 갖는 판형상으로 이루어지고, 볼트에 의해 회수용기의 상단에 고정된다. 커버(17)에는 질소 주입라인(2)과 배출라인(11)이 연결된다. 질소 주입라인(2)의 타측은 질소용기(1)가 연결되고, 질소 주입라인(2)과 배출라인(11)의 중간에는 밸브가 장착된다.

커버(17)에는 교반기(3)가 장착된다. 교반기(3)의 회전축은 회수용기의 내부로 인입되고, 그 끝단에는 블레이드(7)가 장착된다. 블레이드(7)가 회전하면서 회수용기 내부에 인입되는 폐촉매와 1차물질 또는 2차물질을 교반시켜 잘 혼합시킨다.

커버(17)에는 회수용기 내부의 온도를 측정할 수 있는 온도센서(4)와, 압력을 측정할 수 있는 압력센서(10)가 장착된다.

커버(17)에는 열교환기(12)가 인입되고, 열교환기에는 냉각유로가 외부로 연결되어 폐싸이클을 이룬다. 냉각유로에는 다수개의 밸브(13, 14)와 칠러(15)가 연결된다. 냉각유로에는 별도의 냉매나, 냉각수가 사용될 수 있다. 칠러(15)는 외부에서 냉각유로를 따라 흐르는 냉매와 열교환을 실시하여 온도를 조절한다. 주로 냉각에 이용된다. 칠러(15)에 의해 냉매가 냉각되고, 냉각된 냉매는 열교환기를 통과하면서 회수용기 내부에 충진된 물질을 냉각시킨다.

또한, 온도센서(4)와 압력센서(10)을 통해 측정된 회수용기 내부의 온도와 압력 신호를 전달받아 히터(5), 열교환기(12), 교반기(3), 밸브(13, 14)를 작동시켜 온도, 압력 및 회전속도를 제어하는 제어부(9)가 설치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 일 실시예인 폐촉매 회수장치의 작동과정은 다음과 같다.

회수되는 촉매인 포타슘(Potassium)은 수용성이 75~85중량%, 불용성이 15~25중량%로 존재한다. 수용성 칼륨화합물은 K₂CO₃, KOH, K₂S을 이루고, 불용성 칼륨화합물은 KAlSiO₄, KFeS₂을 이룬다. 수용성 포타슘은 증류수에 녹여 회수하고, 불용성 포타슘은 석회수에 녹여 회수하며, 이러한 물 세척과 석회수 세척을 반복 실시한다.

우선, 회수용기의 내부 수용공간에 폐촉매를 투입하고, 1차물질인 증류수를투입한 다음, 커버(17)를 닫아 밀폐 시킨다. 그리고 주입라인(2)에 설치된 밸브를 열어 질소가스를 내부에 주입한다. 폐촉매의 회수작업을 전체 프로세스가 공기가 없는 상태가 유지되어야 한다. 불용성 화합물이 물에 산화될 수 있기 때문에 질소를 주입하여 이를 방지한다. 주입라인과 배출라인(2, 3)에 설치된 밸브를 조절하여 공기는 배출하고 질소가스를 회수용기 내부에 주입하고, 회수용기의 내부 압력을 조절할 수 있다.

질소의 주입이 완료되면 증류수와 폐촉매를 이루는 숯/재 등이 충분히 혼합될 수 있도록 교반기(3)의 블레이드(7)를 회전시킨다. 일정시간동안 교반을 실시하여 증류수에 촉매를 회수한다. 이때, 제어부(9)는 내부 온도와 압력을 측정하고, 이를 바탕으로 내부 온도, 압력, 교반기의 회전수 등을 제어하여 촉매의 회수가 원활하게 이루어지도록 제어한다.

1차적으로 증류수에 의한 수용성 칼륨산화물을 회수가 완료되면, 회수구(16a)를 열어 외부로 배출한다. 이때, 필터(16)에 의해 촉매가 회수된 증류수만이 통과되고, 증류수에 녹지 않은 불수용성 칼륨화합물이 포함된 케이크는 회수용기 내부에 남게 된다.

1차 촉매의 회수가 완료되면, 다시 회수구(16a)를 닫는다.

그리고 회수용기의 내부에 2차물질을 투입한다. 2차물질은 증류수와 함께 분말상태의 수산화칼슘과 수산화칼륨으로 구성된다.

2차물질의 투입이 완료되면 커버(17)를 닫은 상태로 주입라인(2)에 설치된 밸브를 열어 질소가스를 내부에 주입한다. 주입라인과 배출라인(2, 3)에 설치된 밸브를 조절하여 공기는 배출하고 질소가스를 회수용기 내부에 주입하고, 회수용기의 내부 압력을 조절할 수 있다.

질소의 주입이 완료되면 증류수와 폐촉매를 이루는 숯/재 등이 충분히 혼합될 수 있도록 교반기(3)의 블레이드(7)를 회전시킨다. 일정시간동안 교반을 실시하여 석회수에 촉매를 회수한다. 이때, 제어부(9)는 내부 온도와 압력을 측정하고, 이를 바탕으로 내부 온도, 압력, 교반기의 회전수 등을 제어하여 촉매의 회수가 원활하게 이루어지도록 제어한다.

2차적으로 석회수에 의한 불용성 칼륨산화물을 회수가 완료되면, 회수구(16a)를 열어 외부로 배출한다. 이때, 필터(16)에 의해 촉매가 회수된 석회수만이 통과되고, 석회수에 녹지 않은 케이크는 회수용기 내부에 남게 된다.

회수율을 높이기 위하여 1차물질이 투입되는 회수 및 2차물질이 투입되는 회수를 조절할 수 있다. 보통 1차물질을 투입한 1차 폐촉매 회수과정 한번과, 2차물질을 투입하는 2차 폐촉매 회수과정 3~4회 정도를 실시하는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명에 의한 폐촉매 회수장치는 1차물질을 투입하는 물 세척에 이어 동일한 회수용기에 곧바로 2차물질을 투입하여 석회수 세척을 연속으로 실시할 수 있다. 즉,기존의 회수장치는 물 세척과 석회수 세척을 진행하기 위해서는 반응기에서 1차적으로 폐촉매를 회수한 이후에, 샘플을 제거하고 다시 재투입해야 하는 방식이었는데 반해, 본 발명에서는 필터를 장착하여 1차 폐촉매 회수고장 이후에 샘플(=케이크)을 회수용기에서 제거하지 않고 연속적으로 진행이 가능하므로, 작업성이 향상되고, 폐촉매의 회수율도 증가한다.

또한, 본 발명에 의한 폐촉매 회수장치는 쿨링 시간이 매우 짧은 장점이 있다. 기존의 회수장치에서는 200℃에서 상온까지 쿨링하는데 걸리는 시간이 약 1시간 30분 정도였다면, 본 발명의 폐촉매 회수장치에서는 열교환기(12)에 의해 동일 조건에서 20분 이내에 쿨링을 이룰 수 있다.

또한 2차 폐촉매 회수작업에서 고온으로 가열된 상태에서 석회수를 투입하면 기화되어 외부로 손실되는 부분이 발생되지만, 본 발명에서는 증류수에 분말상태의 수산화칼슘과 수산화칼륨을 투입하고 교반기로 섞어 석회수를 만들기 때문에 기존의 손실을 해결하였다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

1 : 질소용기 2 : 주입라인
3 : 교반기 4 : 온도센서
5 : 히터 6 : 스테인레스 용기
7 : 블레이드 8 : 강화유리 용기
9 : 제어부 10 : 압력센서
11 : 배출라인 12 : 열교환기
13, 14 : 밸브 15 : 히터
16 : 필터 16a : 회수구
17 : 커버

Claims (9)

1. 폐촉매와 함께 촉매 회수에 필요한 1차물질이 투입되는 내부 수용공간이 구비된 회수용기;
   상기 회수용기의 개구부를 복개하는 커버(17);
   상기 회수용기를 관통하는 회수구(16a)에 설치된 필터(16); 및
   상기 회수용기 내부에 장착되어 상기 회수용기 내부에 투입된 물질을 교반시키는 교반기(3);를 포함하고,
   상기 회수용기 내부에 증류수와 함께 분말 상태의 수산화칼슘과 수산화칼륨을 투입하고, 상기 교반기(3)를 작동시켜 2차물질인 석회수를 생성하고,
   상기 1차물질을 통해 생성된 용액에 녹은 상태의 촉매는 상기 필터(16)를 통과하여 1차 회수하고, 이후 상기 회수용기에 남은 폐촉매에 상기 석회수를 투입하여 생성된 용액에 녹은 상태의 촉매는 상기 필터(16)를 통과하여 2차 회수하며, 상기 1차회수나 상기 2차회수를 적어도 한번 반복 실시하는 폐촉매 회수장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 1차물질은 증류수로 이루어지는 폐촉매 회수장치.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 커버(17)에는
   질소 가스를 주입할 수 있는 질소 주입라인(2)과 배출라인(11)이 연결되는 폐촉매 회수장치.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 커버(17)에는
   상기 회수용기의 내부 수용공간에 투입되어 온도를 측정하는 온도센서(4)나 압력을 측정하는 압력센서(10)가 장착되는 폐촉매 회수장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 커버(17)에는
   상기 회수용기의 내부 수용공간에 인입되어 냉각시키는 열교환기(12)가 장착되는 폐촉매 회수장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 회수용기는
   스테인레스 용기(6); 및
   상기 스테인레스 용기(6)의 내측면에 설치되는 강화유리 용기(8)로 구성되고, 상기 스테인레스 용기(6)의 외주면에는 히터(5)가 장착되는 폐촉매 회수장치.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 회수용기 내부의 온도와 압력을 측정한 신호를 전달받아 회수용기 내부의 온도, 압력 및 교반기의 회전속도를 제어하는 제어부(9)가 더 포함되는 폐촉매 회수장치.

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