KR200484900Y1 - 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치 - Google Patents

폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은, 석유 탈황용 폐촉매 속에 들어있는 유가금속을 회수하기 위해 폐촉매를 전처리를 통해 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치에 있어서, 내부에서 폐촉매의 유분제거가 이루어지도록 폐촉매를 가열하는 가열로와; 상기 가열로 내로 폐촉매를 공급하는 폐촉매공급부와; 상기 폐촉매공급부로부터 공급되는 폐촉매가 상기 가열로 내에서 균일하게 분산되도록 상기 폐촉매를 향해 공기를 불어넣는 브로어(blower)부와; 내부에 냉매를 포함하는 샤프트 형상으로 이루어지며, 상기 가열로 내에서 일단은 중앙영역에 설치되고 타단은 상기 가열로의 직경을 따라 외주연을 향하도록 설치되어 축선을 따라 회전을 통해 폐촉매의 뭉침을 방지하는 복수 개의 회전냉각부와; 상기 가열로의 하부영역에 배치되어 유분이 제거된 폐촉매를 외부로 이송시키는 폐촉매이송부를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 폐촉매를 골고루 분산 및 폐촉매의 교반이 용이하여 폐촉매가 서로 엉겨붙지 않고 이로 인해 유분 제거가 원활히 이루어지는 효과를 얻을 수 있다. 또한 유분 제거가 종료된 폐촉매를 가열온도로부터 냉각시켜 고온에 의해 폐촉매가 발화되는 것을 방지할 수 있으며, 유증기의 발생을 최소화하여 폐촉매가 이동되는 동안 대기오염을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치 {Spent catalyst heating apparatus for the deoiling of the spent catalyst}
본 고안은 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐촉매를 골고루 분산 및 폐촉매의 교반이 용이하여 폐촉매가 서로 엉겨붙지 않고 이로 인해 유분 제거가 원활히 이루어지는 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치에 관한 것이다.
일반적으로 오일에 존재하는 황(S) 성분을 제거하기 위해 사용되는 탈황용 폐촉매(spent catalysts)는, 내부에 알루미늄으로 이루어지며 외부에는 바나듐 및 몰리브덴이 피복되어 있는 촉매(catalysts)가 오일 정제과정에서 황을 흡착하며, 황과 유분이 범벅되어 더 이상 촉매 역할을 수행할 수 없는 수명이 다 된 상태의 촉매를 의미한다. 여기서 촉매는 알루미늄(Al)을 둘러싸는 바나듐(V) 및 몰리브덴(Mo)의 혼합비율이 정제 용도에 따라서 조정되며, 필요에 따라서 니켈(Ni) 또는 코발트(Co)가 추가될 수도 있다. 이와 같이 폐촉매에는 알루미늄, 바나듐, 몰리브덴, 니켈, 코발트 등과 같은 다량의 유가금속이 함유되어 있으며, 유가금속을 회수하기 위해서는 우선적으로 폐촉매에 존재하는 유분 및 황 성분을 제거하여야 한다. 이러한 공정은 유가금속 회수 전체 공정에서 전처리 공정에 해당한다.
전처리 공정은 폐촉매에 함유된 유분을 주로 제거하는 공정으로, 이 과정에서 황 성분도 함께 제거시키게 된다. 이러한 폐촉매는 20중량% 이상의 유분 및 황과 같은 불순물이 함유되어 있어, 이 상태로 킬른(kiln) 내 배소공정에 들어가게 되면 급격하게 상승되는 온도 때문에 폐촉매 속에 포함된 유가금속의 손상 및 회수율이 현저히 떨어지게 된다. 즉 폐촉매 중에 함유된 유분이 5.0중량% 이상일 경우 배소 도중 킬른 입구에서 발화가 되어 순식간에 약 1,200℃ 이상의 온도로 올라가게 된다. 이때 화재의 발생은 물론 안전사고가 발생할 가능성이 매우 높다.
이와 같이 유분을 제거하지 않으면 이송설비에 의한 원활한 이송이 이루어지지 않고 이송설비의 잦은 고장을 초래하며, 황 성분의 제거가 이루어지지 않으면 회수된 유가금속의 제품 순도가 떨어지게 된다. 또한 유분에 의해 폭발 및 화재의 위험성도 도사리고 있어 제품 순도가 떨어지게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 일반적으로는 수거된 폐촉매를 대부분 탈유하게 되는데 그 방법들을 살펴보면, 용제로 유분을 제거하거나 저온의 폐열의 이용하여 탈유기를 사용하거나, 열분해기에 의해 탈유를 시키게 된다. 이러한 방법들은 폐촉매 회수장치 내로 유입되는 폐촉매를 골고루 분산시키기 위한 구조와, 폐촉매의 교반 및 냉각을 위한 구조가 충분하지 않아 폐촉매 회수장치 내로 유입된 폐촉매가 서로 엉겨붙어 유분의 제거가 원활히 이루어지지 않는다는 단점이 있다.
대한민국특허청 등록특허 제10-1626015호 대한민국특허청 등록특허 제10-1555832호
따라서 본 고안의 목적은, 폐촉매를 골고루 분산 및 폐촉매의 교반이 용이하여 폐촉매가 서로 엉겨붙지 않고 이로 인해 유분 제거가 원활히 이루어지는 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치를 제공하는 것이다.
또한 유분 제거가 종료된 폐촉매를 가열온도로부터 냉각시켜 고온에 의해 폐촉매가 발화되는 것을 방지할 수 있으며, 유증기의 발생을 최소화하여 폐촉매가 이동되는 동안 대기오염을 방지할 수 있는 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 석유 탈황용 폐촉매 속에 들어있는 유가금속을 회수하기 위해 폐촉매를 전처리를 통해 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치에 있어서, 내부에서 폐촉매의 유분제거가 이루어지도록 폐촉매를 가열하는 가열로와; 상기 가열로 내로 폐촉매를 공급하는 폐촉매공급부와; 상기 폐촉매공급부로부터 공급되는 폐촉매가 상기 가열로 내에서 균일하게 분산되도록 상기 폐촉매를 향해 공기를 불어넣는 브로어(blower)부와; 내부에 냉매를 포함하는 샤프트 형상으로 이루어지며, 상기 가열로 내에서 일단은 중앙영역에 설치되고 타단은 상기 가열로의 직경을 따라 외주연을 향하도록 설치되어 축선을 따라 회전을 통해 폐촉매의 뭉침을 방지하는 복수 개의 회전냉각부와; 상기 가열로의 하부영역에 배치되어 유분이 제거된 폐촉매를 외부로 이송시키는 폐촉매이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 회전냉각부는 길이방향을 따라 내부관 및 외부관으로 이루어진 이중관으로 형성되며, 상기 내부관의 일단으로 냉매를 유입시키고 상기 내부관과 상기 외부관이 연통되는 상기 내부관의 타단을 지나 상기 외부관의 길이방향을 따라 냉매가 지나가 외부로 배출되어 냉매의 순환이 이루어지며, 상기 회전냉각부의 길이방향에 대해 수직으로 돌출되도록 설치되어 상기 회전냉각부의 회전과 함께 회전되는 복수의 날개부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폐촉매이송부로 폐촉매가 이송되기 전 폐촉매가 냉각되도록 상기 회전냉각부의 하부에 상기 가열로를 관통하도록 설치되는 한 쌍의 보조냉각부를 포함하며, 상기 폐촉매공급부와 대면하는 영역에 배치되어 폐촉매의 양을 감지하여 신호를 보내는 정량감지센서와; 상기 정량감지센서로부터 신호를 받아 상기 폐촉매공급부 및 브로어부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 본 고안의 구성에 따르면 폐촉매를 골고루 분산 및 폐촉매의 교반이 용이하여 폐촉매가 서로 엉겨붙지 않고 이로 인해 유분 제거가 원활히 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.
또한 유분 제거가 종료된 폐촉매를 가열온도로부터 냉각시켜 고온에 의해 폐촉매가 발화되는 것을 방지할 수 있으며, 유증기의 발생을 최소화하여 폐촉매가 이동되는 동안 대기오염을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 폐촉매 가열장치의 단면도이고,
도 2는 가열로에 배치된 회전냉각부 및 폐촉매이송부의 정면도이고,
도 3은 회전냉각부의 상세 단면도이다.
이하 본 고안의 실시예에 따른, 석유 탈황용 폐촉매 속에 들어있는 유가금속을 회수하기 위해 폐촉매를 전처리를 통해 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치를 도면을 통해 상세히 설명한다. 본 고안의 폐촉매 가열장치는 폐촉매로부터 탄소(C), 황(S) 등을 제거하는 배소 공정이 이루어지기 전 폐촉매를 전처리하는 단계에서 사용하는 장치에 해당하며, 배소(roasting) 공정이 원활하게 이루어지도록 폐촉매에 존재하는 유분을 제거하는 역할을 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 폐촉매 가열장치(100)는 가열로(110), 폐촉매공급부(120), 브로어부(130), 회전냉각부(140) 및 폐촉매이송부(150)를 포함한다.
가열로(110)는 내부에서 폐촉매(1)의 유분제거가 이루어지도록 폐촉매(1)를 가열하는 로(furnace)를 의미하며, 상부는 돔(dome) 형상으로 이루어져 최상부에 가스유출구(111)가 형성된다. 가스유출구(111)는 폐촉매(1)를 가열하여 유분을 제거하는 과정에서 생성되는 가스가 가열로(110)에 머무르지 않고 외부로 배출되어 폐촉매(1)의 가열에 악영향을 주지 않도록 한다. 폐촉매(1)의 가열은 폐촉매(1)에 의한 유증기가 함유되어 있으므로 직접적인 화염에 의하지 않고 유분의 착화점 이하인 200 내지 300℃의 열풍기로 건류기에서 약 5 내지 10중량% 정도의 유분을 유증기로 발생시킨다. 이와 같은 유증기는 가스유출구(111)를 통해 외부로 배출되어 제거한 후 폐촉매(1)를 600 내지 700℃에서 가열시켜 대부분의 유분을 제거한다. 폐촉매(1)의 가열이 가능하도록 가열로(110) 내에는 자동점화장치(113)가 설치된다. 배출된 유증기는 배소 공정의 킬른(kiln)에 연결되어 보조연료로 사용될 수 있다.
이와 같은 과정이 가열로(110)에서 이루어지며, 이를 위해 가열로(110) 내에 폐촉매(1)를 투입한다. 가열로(110) 내로 폐촉매(1)를 공급하는 폐촉매공급부(120)는 공급호퍼(121) 및 공급스크류(123)로 이루어진다. 공급호퍼(121)는 내부에 폐촉매(1)를 저장해 놓은 호퍼(hopper)이며, 저장된 폐촉매(1)를 일정한 양만큼 공급하는 역할을 한다. 공급스크류(123)는 공급호퍼(121)의 하부와 가열로(110)를 연결하는 스크류(screw)로, 공급호퍼(121)로부터 공급되는 폐촉매(1)를 스크류의 회전을 통해 가열로(110)로 공급하는 역할을 한다. 이때 가열로(110) 내의 폐촉매(1)의 양에 따라 공급스크류(123)가 폐촉매(1)를 공급하거나 또는 일시적으로 공급을 중단하여 가열로(110) 내에 적정량의 폐촉매(1)가 가열되도록 한다.
가열로(110) 내에서 가열되어 유분이 제거되는 폐촉매(1)의 경우 그 양이 과하게 많이 가열로(110)에 존재하게 되면 폐촉매(1)끼리 뭉치거나 유분이 원활하게 제거되지 않을 수 있다. 따라서 가열로(110) 내에 폐촉매(1)는 적정한 양이 배치된 상태에서 교반 및 가열이 이루어져야 하기 때문에 가열로(110) 내의 폐촉매(1) 양을 확인하여 폐촉매공급부(120)로부터 공급되는 폐촉매(1)의 양을 조절해야 한다. 이와 같이 가열로 내에 폐촉매(1)의 양을 확인할 수 있도록 폐촉매공급부(120)와 대면하는 영역에 배치되어 폐촉매(1)의 양을 감지하여 신호를 보내는 정량감지센서(115)가 가열로(100) 내에 배치된다. 정량감지센서(115)는 폐촉매공급부(120)와 근접한 영역에 배치될 경우 폐촉매(1)가 가열로(110) 내부에 쌓인 양을 제대로 확인할 수 없기 때문에 폐촉매공급부(120)와 대면하는 영역에 배치된다. 정량감지센서(115)는 가열로(110) 내의 폐촉매(1) 양을 감지하여 제어부(160)로 신호를 보내고, 제어부(160)는 정량감지센서(115)로부터 신호를 받아 폐촉매공급부(120)의 구동을 제어한다. 즉 정량감지센서(115)가 가열로 내에서 폐촉매(1)의 양이 많다고 감지할 경우 제어부(160)에 신호를 보내어 제어부(160)가 폐촉매공급부(120)의 구동을 멈추거나 속도를 감소시키며, 반대로 정량감지센서(115)가 가열로(110) 내에서 폐촉매(1)의 양이 적다고 감지할 경우 제어부(160)에 신호를 보내어 제어부(160)가 폐촉매공급부(120)의 구동이 이루어지도록 하거나 구동속도를 증가시키게 된다.
폐촉매공급부(120)의 하부에는 가열로(110)를 관통하여 브로어(blower)부(130)가 설치된다. 브로어부(130)는 폐촉매공급부(120)로부터 공급되는 폐촉매(1)가 가열로(110) 내에서 균일하게 분산되도록 폐촉매(1)를 향해 공기를 불어넣는 역할을 한다. 브로어부(130)가 존재하지 않을 경우 폐촉매공급부(120)로부터 공급되는 폐촉매(1)가 특정 영역에만 쌓이게 되어 폐촉매(1)의 유분제거가 원활하고 균일하게 일어나지 않게 된다. 따라서 가열로(110) 내에 폐촉매(1)가 골고루 분산되도록 브로어부(130)를 가열로(110)의 외주연에서 중앙영역으로 공기가 공급되도록 배치하여, 폐촉매(1)가 브로어부(130)로부터 공급되는 공기의 압력에 의해 가열로(110) 내에 골고루 분산되도록 한다. 이러한 브로어부(130)는 폐촉매공급부(120)와 마찬가지로 정량감지센서(115)로부터 신호를 받은 제어부(160)를 통해 폐촉매(1)가 가열로(110)에 존재하는 양에 따라 그 구동이 제어될 수 있다. 이때 브로어부(130)는 폐촉매(1)의 분산뿐만 아니라 공기를 공급함에 의해 연소시 필요한 공기를 공급해줄 수도 있으며, 유증기를 보내는 과정에서 유증기의 배출이 원활하게 이루어질 수 있도록 공기를 공급하는 역할 또한 수행한다.
폐촉매(1)의 뭉침을 방지하고 폐촉매(1)가 균일하게 분산되도록 폐촉매공급부(120) 및 브로어부(130)의 하부에는 복수의 회전냉각부(140)가 설치된다. 이러한 복수의 회전냉각부(140)는 폐촉매(1)를 균일하게 분산시킴과 동시에 유분 제거를 위해 가열된 폐촉매(1)가 과하게 가열되지 않고 일정온도를 유지하도록 폐촉매(1)를 냉각시키는 역할을 한다. 복수의 회전냉각부(140)는 내부에 냉매를 포함하는 샤프트 형상으로 이루어지며, 가열로(110) 내에서 일단은 중앙영역에 설치되고 타단은 가열로(110)의 직경의 따라 외주연을 향하도록 설치된다. 이러한 회전냉각부(140)는 축선을 따라 회전을 통해 폐촉매(1)의 뭉침을 방지하며, 복수 개의 회전냉각부(140)가 방사상(radial)으로 가열로(110) 내에 설치된다. 회전냉각부(140)는 길이방향을 따라 내부관(141) 및 외부관(143)으로 구분되어 이루어진 이중관으로 형성되며, 내부관(141)과 외부관(143)은 단부가 서로 연통되도록 형성된다. 이 중 내부관(141)의 일단으로 냉매를 유입시키고, 내부관(141)과 외부관(143)이 연통되는 내부관(141)의 타단을 지나 외부관(143)의 길이방향을 따라 냉매가 지나가 외부로 배출되어 냉매의 순환이 이루어지게 된다. 즉 회전냉각부(140)에는 냉매가 저장된 상태로 존재할 수도 있지만, 폐촉매(1)의 빠른 냉각을 위해서는 냉매가 지속적으로 순환이 이루어지도록 하는 것이 더 바람직하다. 회전냉각부(140)의 회전은 회전냉각부(140)의 단부에 각각 설치된 모터(145)를 통해 이루어지며, 모터(145)는 제어부(160)에 의해 제어될 수 있다.
회전냉각부(140)에는 길이방향에 대해 수직으로 돌출되도록 설치되어 회전냉각부(140)의 회전과 함께 회전되는 복수의 날개부(147)를 포함한다. 날개부(147)는 폐촉매(1)의 분산이 더욱더 용이하게 일어나도록 설치되며 별도의 구동요소 없이 회전냉각부(140)가 회전할 경우 함께 회전된다.
가열로(110)의 하부영역에 배치되는 폐촉매이송부(150)는 유분이 제거된 폐촉매(1)를 외부로 이송시키는 구성으로 이루어진다. 폐촉매이송부(150)는 유분이 제거된 폐촉매(1)를 수평방향으로 이송시키는 회전블레이드(151)와, 회전블레이드(151)를 통해 이송되는 폐촉매(1)가 외부로 배출되도록 형성된 폐촉매배출구(153)와, 회전블레이드(151)를 회전시키는 회전구동부(155)를 포함한다. 이와 같이 폐촉매이송부(150)를 통해 가열로(110)로부터 배출되는 유분이 제거된 폐촉매(1)는 배소 공정이 이루어지기 위한 장치에 투입되어 탄소 및 황이 제거된다.
여기서 폐촉매이송부(150)로 유분이 제거된 폐촉매(1)가 이송되기 전 폐촉매(1)는 냉각된 상태로 이송되어야 한다. 이는 폐촉매(1)에 남은 소량의 유분이 온도에 의해 발화되는 것이 방지됨과 동시에 폐촉매(1)가 가열됨에 의해 발생되는 유증기의 발생을 방지하여 폐촉매(1)가 이동하는 동안 대기오염을 방지할 수 있도록 하기 위함이다. 따라서 폐촉매(1)는 가열되었던 온도로부터 냉각된 상태로 폐촉매(1)이송부를 따라 이동시켜야 한다. 이를 위해 폐촉매이송부(150)로 폐촉매(1)가 이송되기 전에 폐촉매(1)가 냉각되도록 회전냉각부(140)의 하부에는 가열로(110)를 관통하도록 설치되는 한 쌍의 보조냉각부(170)를 포함한다. 보조냉각부(170)는 가열로(110)를 관통하도록 설치되며, 양단부가 가열로(110)로부터 외부로 돌출된 상태로 일단은 냉매가 유입되고 타단은 유입된 냉매가 배출되어 냉매가 지속적으로 순환되도록 한다. 이와 같이 보조냉각부(170)가 존재하게 되면 상부에서 유분 제거를 위해 가열된 폐촉매(1)가 보조냉각부(170)와 접촉하거나 근접하여 냉각된 후 낮은 온도의 폐촉매(1)가 폐촉매이송부(150)로 이동된다.
이와 같이 본 고안의 폐촉매 가열장치(100)를 이용하여 폐촉매(1)의 유분을 제거할 경우 폐촉매(1)를 골고루 분산시키기 위한 구조와, 폐촉매(1)의 교반 및 냉각을 위한 구조를 통해 폐촉매(1)가 서로 엉겨붙어 유분 제거가 원활히 이루어지지 않는 단점을 해결할 수 있다.
1: 폐촉매 100: 폐촉매 가열장치
110: 가열로 111: 가스유출구
113: 자동정화장치 115: 정량감지센서
120: 폐촉매공급부 121: 공급호퍼
123: 공급스크류 130: 브로어부
140: 회전냉각부 141: 내부관
143: 외부관 145: 모터
147: 날개부 150: 폐촉매이송부
151: 회전블레이드 153: 폐촉매배출구
155: 회전구동부 160: 제어부
170: 보조냉각부

Claims (5)

  1. 석유 탈황용 폐촉매 속에 들어있는 유가금속을 회수하기 위해 폐촉매를 전처리를 통해 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치에 있어서,
    내부에서 폐촉매의 유분제거가 이루어지도록 폐촉매를 가열하는 가열로와;
    상기 가열로 내로 폐촉매를 공급하는 폐촉매공급부와;
    상기 폐촉매공급부로부터 공급되는 폐촉매가 상기 가열로 내에서 균일하게 분산되도록 상기 폐촉매를 향해 공기를 불어넣는 브로어(blower)부와;
    내부에 냉매를 포함하는 샤프트 형상으로 이루어지며, 상기 가열로 내에서 일단은 중앙영역에 설치되고 타단은 상기 가열로의 직경을 따라 외주연을 향하도록 설치되어 축선을 따라 회전을 통해 폐촉매의 뭉침을 방지하는 복수 개의 회전냉각부와;
    상기 가열로의 하부영역에 배치되어 유분이 제거된 폐촉매를 외부로 이송시키는 폐촉매이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전냉각부는 길이방향을 따라 내부관 및 외부관으로 이루어진 이중관으로 형성되며, 상기 내부관의 일단으로 냉매를 유입시키고 상기 내부관과 상기 외부관이 연통되는 상기 내부관의 타단을 지나 상기 외부관의 길이방향을 따라 냉매가 지나가 외부로 배출되어 냉매의 순환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회전냉각부의 길이방향에 대해 수직으로 돌출되도록 설치되어 상기 회전냉각부의 회전과 함께 회전되는 복수의 날개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 폐촉매이송부로 폐촉매가 이송되기 전 폐촉매가 냉각되도록 상기 회전냉각부의 하부에 상기 가열로를 관통하도록 설치되는 한 쌍의 보조냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 폐촉매공급부와 대면하는 영역에 배치되어 폐촉매의 양을 감지하여 신호를 보내는 정량감지센서와;
    상기 정량감지센서로부터 신호를 받아 상기 폐촉매공급부 및 브로어부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐촉매의 유분제거를 위한 폐촉매 가열장치.
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