KR20200126702A - 화학반응 및 유해성분 제거용 기-액 접촉 극대화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기체 및 액체의 반응성을 최대화하기 위한 기-액 반응 장치에 있어서, 상기 기체 및 액체가 수용되는 내부공간을 갖는 반응기; 상기 내부공간에 기체를 유입하는 기체 유입구; 상기 내부공간에 액체를 유입하는 액체 유입구; 상기 반응기의 하부에 위치하여, 상기 기체 유입구로부터 유입된 기체를 상기 액체 유입구에 의해 유입된 액체에 버블링하는 기상 분사부; 상기 반응기에 수용되는 액체를 반응기 상부로 이송시키는 액체 이송부; 및 상기 반응기 상부에 위치하여, 상기 액체 이송부로부터 이송된 액체를 반응기 내부공간으로 분사하는 액상 분사부; 를 포함하는 기-액 반응 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 기-액 반응 장치 및 이를 포함하는 산성가스 제거용 장치에 관한 것이다.
기체와 액체의 혼합반응은 화학, 생화학, 석유 및 광업 등 다양한 산업분야에서 필수적인 과정이다. 일반적으로, 기체 및 액체의 반응성을 향상시키기 위해, 교반 탱크 반응기를 사용하여 기체와 액체의 접촉을 증가시키고 있지만, 여전히 기체와 액체의 접촉율이 낮아, 반응시간이 오래 걸리거나, 반응효율이 낮은 문제점이 있다.
기체와 액체의 높은 반응성을 위해서는, 기체와 액체의 접촉을 최대한 증가시켜 충분한 반응을 일으켜 반응효율을 증가시켜야 한다. 따라서, 기체와 액체의 접촉을 극대화할 수 있는 기-액 반응 장치를 포함하는 고효율 기-액 화학반응 장치의 개발이 필요한 상황이다.
상기 산업분야뿐만 아니라, 환경처리 분야에서도 기체와 액체의 혼합반응이 필요하다. 구체적으로, 대기 또는 배출가스 중의 유해성분을 제거하기 위한 방법으로, 상기 유해성분을 포함하는 대기 또는 배출가스를 약품이 첨가된 세정수에 용해시켜 배출하는 방식을 사용할 수 있지만, 이 경우, 세정수의 소모량이 많을 뿐만 아니라, 각종 약품이 포함된 폐수의 양도 증가하게 되어, 2차 오염수에 대한 처리문제도 발생하게 된다.
대기 또는 배출가스 중의 유해성분을 고효율로 제거하기 위해서는, 기체와 액체의 접촉율을 극대화하여 유해성분 제거효율을 증가시켜야 한다. 따라서, 기체와 액체의 접촉을 극대화할 수 있는 기-액 반응 장치를 포함하는 유해성분 제거용 장치의 개발이 필요한 상황이다.
본 발명의 목적은 기체와 액체의 접촉을 극대화할 수 있는 기-액 반응 장치를 제공하는 것으로, 상세하게, 기체와 액체가 제한된 반응 시간 내에 높은 반응효율을 가질 수 있도록 설계된 기-액 반응 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유해성분을 고효율로 제거할 수 있는 기-액 반응 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 기체 및 액체의 반응성을 최대화하기 위한 기-액 반응 장치에 있어서, 상기 기체 및 액체가 수용되는 내부공간을 갖는 반응기; 상기 내부공간에 기체를 유입하는 기체 유입구; 상기 내부공간에 액체를 유입하는 액체 유입구; 상기 반응기의 하부에 위치하여, 상기 기체 유입구로부터 유입된 기체를 상기 액체 유입구에 의해 유입된 액체에 버블링하는 기상 분사부; 상기 반응기에 수용되는 액체를 반응기 상부로 이송시키는 액체 이송부; 및 상기 반응기 상부에 위치하여, 상기 액체 이송부로부터 이송된 액체를 반응기 내부공간으로 분사하는 액상 분사부;를 포함하는 기-액 반응 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 기상 분사부 또는 액상 분사부의 분사방향이 상기 기저면과 평행한 방향을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 액체 이송부는 제1 필터를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 반응기의 기저면에 위치하는 배출구를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 액체 유입구에 의해 유입되는 액체는 상기 반응기 전체 높이를 1로 하여, 0.1 내지 0.7까지 채워지도록 유입되는 것일 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 기-액 반응 장치에 있어서, 상기 기체가 산성가스인 산성가스 제거용 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 산성가스 제거용 장치는 염기혼합부 및 제2 필터를 더 포함하며, 상기 제2 필터에 의해 필터링된 액체는 상기 염기혼합부에서 염기와 혼합되어 상기 액체 유입구로 공급되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 액체는 폐수를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 또한 a) 액체를 반응기 내부에 유입하는 단계; b) 상기 반응기 하부로 기체를 유입하고 상기 반응기 내부에 유입된 액체에 버블링하여 1차 접촉시키는 단계; c) 상기 기체와 1차 접촉된 액체를 상기 반응기 상부로 이송시키는 단계; 및 d) 상기 이송된 액체를 반응기 상부에서 내부로 분사하여 상기 기체와 2차 접촉시키는 단계;를 포함하는 기-액 반응 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 버블링 또는 분사 방향이 상기 반응기 기저면과 평행한 방향을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 a) 액체를 반응기 내부에 유입하는 단계; b) 상기 반응기 하부로 산성가스를 유입하고 상기 반응기 내부에 유입된 액체에 버블링하여 반응시키는 단계; c) 상기 산성가스와 반응한 액체를 상기 반응기 상부로 이송시키는 단계; 및 d) 상기 이송된 액체를 반응기 상부에서 내부로 분사하여 산성가스를 제거하는 단계;를 포함하는 산성가스 제거방법을 제공한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 a) 단계의 액체는 염기와 혼합하여 염기화된 염기성 액체일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 b) 단계에서 산성가스와 반응한 액체를 반응기 외부로 이송하고 필터를 통해 필터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 액체는 폐플라스틱 열분해에 의한 액상 부산물인 폐수이며, 상기 산성가스는 폐플라스틱 열분해에 의한 기상 부산물일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 a) 단계 이전, 폐플라스틱 열분해에 의한 액상 부산물인 폐수를 필터를 통해 필터링 하는 단계; 및 상기 필터링된 폐수를 염기와 혼합하여 염기화된 염기성 액체를 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 상기 산성가스 제거방법은 폐플라스틱 열분해에 의한 폐수 및 산성가스를 동시에 처리하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 기-액 반응 장치는 기체와 액체의 접촉을 극대화 하여, 반응효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반응시간 또한 단축할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 기-액 반응 장치는 폐수를 재활용할 수 있을 뿐만 아니라, 이와 동시에 기체 속에 포함되는 유해성분을 고효율로 제거할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기-액 반응 장치의 도면을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기상 분사부를 상세 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액상 분사부를 상세 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기-액 반응 장치에 포함되는 기상 분사부 의 배치구조를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기-액 반응 장치에 포함되는 액상 분사부 의 배치구조를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해에 의한 폐수 및 산성가스 제거 장치의 도면을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기상 분사부를 상세 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액상 분사부를 상세 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기-액 반응 장치에 포함되는 기상 분사부 의 배치구조를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기-액 반응 장치에 포함되는 액상 분사부 의 배치구조를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해에 의한 폐수 및 산성가스 제거 장치의 도면을 나타낸 것이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 기-액 반응 장치를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 기-액 반응 장치는 기체 및 액체가 수용되는 내부공간을 갖는 반응기; 상기 내부공간에 기체를 유입하는 기체 유입구; 상기 내부공간에 액체를 유입하는 액체 유입구; 상기 반응기의 하부에 위치하여, 상기 기체 유입구로부터 유입된 기체를 상기 액체 유입구에 의해 유입된 액체에 버블링하는 기상 분사부; 상기 반응기에 수용되는 액체를 반응기 상부로 이송시키는 액체 이송부; 및 상기 반응기 상부에 위치하여, 상기 액체 이송부로부터 이송된 액체를 반응기 내부공간으로 분사하는 액상 분사부;를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기-액 반응 장치의 구조를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시한 예와 같이, 본 발명에 따른 기-액 반응 장치는 기체 및 액체가 수용되고 서로 반응하는 내부공간을 갖는 반응기 (110); 상기 반응기에 기체를 유입하는 기체 유입구 (120); 상기 반응기에 액체를 유입하는 액체 유입구 (130); 상기 반응기의 하부에 위치하여, 상기 기체 유입구로부터 유입된 기체를 상기 액체 유입구에 의해 유입된 액체에 버블링하는 기상 분사부 (140); 상기 반응기 하부에서 상기 기체와 접촉한 액체를 반응기 상부로 이송시키는 액체 이송부 (150); 상기 반응기 상부에 위치하여, 상기 액체 이송부로부터 이송된 액체를 반응기 내부로 분사하는 액상 분사부 (160); 반응기 기저면에 위치하는 배출구 (170); 및 반응기 상부에 위치하여, 가스를 분출시킬 수 있는 벤트 (vent) (180)을 포함한다. 상기 구조를 가진 기-액 반응 장치는 기상 분사부에 의한 1차 기-액 접촉 및 1차 접촉한 액체의 액상 분사부에 의한 2차 기-액 접촉에 의해 기체와 액체의 접촉을 극대화 할 수 있으며, 이에 따라, 기체와 액체의 반응효율을 현저히 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반응시간 또한 현저히 줄일 수 있다.
상기 기체 유입구 및 액체 유입구는 기체 유입속도 및 액체 유입속도를 조절하기 위한 기체 유입속도 조절기 및 액체 유입속도 조절기를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 기-액 반응시 반응기 내부의 압력변화 및 온도변화에 따라 기체 유입 속도 및 액체 유입 속도를 조절하여 기-액 반응 장치 반응기 내부의 압력 및 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
상기 액체 이송부는 반응기 하부에서 기체와 1차 접촉한 액체를 반응기 상부로 이송시키기 위해 펌프 및 유량제어밸브를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 1차 접촉한 액체를 펌프에 의해 반응기 상부로 펌핑하여 다시 반응기 내부로 공급할 수 있으며, 펌핑속도는 유량제어밸브에 의해 조절할 수 있다.
상기 배출구는 반응기 기저면에 위치하여, 상기 1차 기-액 접촉 및 2차 기-액 접촉에 의한 최종 반응 생성물을 외부로 배출할 수 있다. 상기 배출구는 펌프를 더 포함할 수 있으며, 상기 펌프에 의해 최종 반응 생성물을 외부로 일정한 속도로 배출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기상 분사부 (140)를 상세 도시한 도면이다. 기상 분사부는 기체분사 노즐 기능을 가지며, 도 2에 도시한 일 예와 같이, 기상 분사부 본체 (141)의 전체 면에 일정한 크기를 갖는 여러 개의 분사구 (142)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 기상 분사부 본체는 내부가 비어있는 윈기둥 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 분사구는 본체 전체 면에 위치하여, 본체 내부와 서로 관통된 구조를 가지며, 기체 유입구로부터 유입되는 기체가 본체를 통과하여, 최종 분사구를 통해 반응기 내부로 분사할 수 있다. 구체적으로, 상기 분사구는 그 형상에 대해서는 크게 제한하지는 않지만, 좋게는 평균 직경 1㎛ 이상, 더욱 좋게는 1㎛ 내지 104㎛인 원형일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액상 분사부 (160)를 상세 도시한 도면이다. 액상 분사부는 액체분사 노즐 기능을 가지며, 도 3에 도시한 일 예와 같이, 액상 분사부 본체 (161)의 헤드 (162) 전체 면에 일정한 크기를 갖는 여러 개의 분사구 (163)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 액상 분사부 본체는 상기 액체 이송부와 연결되어, 액체 이송부에서 이송된 액체가 본체를 통과하여, 최종 헤드의 전체 면에 위치하는 분사구를 통해, 반응기 내부로 분사할 수 있다. 구체적으로, 액상 분사부 헤드의 형상에 대해서는 크게 제한하지 않으며, 일반적으로 출시되고 있는 다양한 헤드 형태의 상용화 제품을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 액체 유입구에 의해 유입되는 액체는 상기 반응기 전체 높이를 1로 하여, 0.1 내지 0.8, 좋게는 0.1 내지 0.7, 더욱 좋게는 0.2 내지 0.6까지 채워지도록 유입될 수 있다. 상기 범위에서 기체 유입구에 의해 유입된 기체 및 액체 유입구에 의해 유입된 액체의 1차 접촉이 더욱 충분히 이루어져, 1차적으로 충분한 반응을 진행 할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응기에는 액체 유입구에 의해 유입되는 액체의 공급량을 확인할 수 있는 레벨게이지가 더 포함될 수 있다. 상기 레벨게이지를 통해 액체의 공급량을 실시간으로 확인하면서 원하는 높이까지 액체를 정확하게 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 액체가 넘치는 등 위험요소를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기-액 반응 장치는 제1 필터 (131) 및 염기혼합부 (132)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 필터 (131)를 통해 액체에 포함되는 불순물을 제거할 수 있다. 상기 제1 필터는 평균 기공 크기 (Pore size)가 10-3~10 ㎛인 필터이면 크게 제한하지는 않는다. 상기 염기혼합부 (132)는 염기가 포함되어 있으며, 액체를 염기화하기 위해 상기 액체를 염기혼합부에서 염기와 반응시키는 장소이다. 구체적으로, 상기 염기혼합부의 위치는 크게 제한하지는 않지만, 상기 제1 필터의 앞부분 또는 뒷부분에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기-액 반응 장치의 액체 이송부 (150)는 상기 기체와 1차 접촉된 액체를 반응기 상부로 이송하기 전, 액체를 필터링 하기 위해, 하부에 제2 필터 (151)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 필터는 액체에 포함되는 불순물을 제거하기 위한 필터라면 크게 제한하지는 않지만, 평균 기공 크기가 상기 제1 필터의 평균 기공 크기보다 작은 것을 선호한다. 구체적으로, 평균 기공크기 10-3~1 ㎛인 필터를 사용할 수 있다. 상기 제2 필터를 통해 2차 필터링을 함으로써, 기-액 반응물 및 생성물에 들어있는 불순물을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 불순물이 반응기 내부에 침전되거나 하여 장치의 수명을 줄일 수 있는 문제점을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기-액 반응 장치에 포함되는 기상 분사부 의 배치구조를 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 기상 분사부는 도 4와 같이, 십자형태의 축 위에 일정한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 또한 상기 기상 분사부의 분사방향은 상기 반응기 기저면과 평행한 방향을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 기상 분사부는 기체 유입구와 연결되어, 기체 유입구로부터 유입된 기체를 일정한 간격으로 배치된 기상 분사부를 통해 반응기 기저면과 평행한 방향으로 반응기 내부로 분사할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기-액 반응 장치에 포함되는 액상 분사부 의 배치구조를 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 액상 분사부는 도 5와 같이, 십자형태의 축 위에 일정한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 또한 상기 액상 분사부의 분사방향은 상기 반응기 기저면과 평행한 방향을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 액상 분사부는 액체 이송부와 연결되어, 액체 이송부로부터 이송된 액체를 일정한 간격으로 배치된 액상 분사부를 통해 반응기 기저면과 평행한 방향으로 반응기 내부로 분사할 수 있다.
기상 분사부 및 액상 분사부가 상기 배치구조를 가지며, 분사방향이 상기 조건을 만족할 때, 액체와 기상 분사부에 의해 분사되는 기체의 1차 접촉 및 기체와 1차 접촉된 액체와 상기 기체의 2차 접촉을 극대화 할 수 있어, 기-액 접촉율을 증가시킬 수 있으며, 기-액 반응의 반응성 및 효율성을 현저히 증가시킬 수 있다.
상기 기상 분사부의 높이는 상기 반응기 전체 높이를 1로 하여, 0.1 내지 0.8, 좋게는 0.2 내지 0.7일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 범위에서, 상기 기상 분사부에 의해 분사되는 기체가 충분히 반응기 내부의 액체와 접촉하여, 충분히 반응을 진행할 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 기-액 반응 장치에 있어서, 상기 기체가 산성가스인 산성가스 제거용 장치를 제공한다. 구체적으로, 상기 산성가스 제거용 장치는 산성가스를 반응기 내부로 유입하는 기체 유입구; 및 상기 유입된 산성가스를 액체 유입구에 의해 유입된 액체에 버블링 하는 기상 분사부를 포함함으로써, 1차적으로 산성가스를 제거할 수 있다. 상기 산성가스와 접촉한 액체를 다시 반응기 상부로 이송시키는 액체 이송부; 및 상기 액체 이송부로부터 이송된 액체를 산성가스가 수용된 반응기 내부로 분사하는 액상 분사부를 포함함으로써, 1차적으로 제거하지 못한 산성가스를 2차적으로 제거할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 산성가스 제거용 장치는 두차례의 기-액 접촉 반응을 통하여, 제거하고자 하는 산성가스와 산성제거용 액체의 반응을 최대화 할 수 있으며, 높은 효율 및 짧은 반응시간으로 산성가스를 제거할 수 있다. 상기 액체는 산성가스를 제거할 수 있는 염기성 액체라면 크게 제한하지는 않지만, 구체적인 예로 수산화나트륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화칼슘 수용액 및 암모니아 수용액 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 산성가스 제거용 장치는 염기혼합부 및 제2 필터를 더 포함하며, 상기 제2 필터에 의해 필터링된 액체는 상기 염기혼합부에서 염기와 혼합되어 상기 액체 유입구로 공급될 수 있다. 구체적으로, 상기 액체를 반응기의 액체 유입구에 유입하기 전, 제2 필터를 통한 필터링을 거친 후, 염기 혼합부에서 염기와 혼합되어 염기화된 액체를 상기 산성가스 제거용 장치의 액체 유입구로 공급될 수 있다. 상기 제2 필터는 액체에 포함되는 불순물을 제거하기 위한 필터라면 크게 제한하지는 않지만, 구체적으로, 평균 기공크기 10-3~1 ㎛인 필터를 사용할 수 있다. 상기 액체는 고가이고 많은 양이 요구되는 상수보다는 경제성을 확보하기 위해 폐수를 포함할 수 있으며, 구체적으로 가축폐수, 농업폐수 또는 산업폐수일 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다.
본 발명은 또한 a) 액체를 반응기 내부에 유입하는 단계; b) 상기 반응기 하부로 기체를 유입하고 상기 반응기 내부에 유입된 액체에 버블링하여 1차 접촉시키는 단계; c) 상기 기체와 1차 접촉된 액체를 상기 반응기 상부로 이송시키는 단계; 및 d) 상기 이송된 액체를 반응기 상부에서 내부로 분사하여 상기 기체와 2차 접촉시키는 단계;를 포함하는 기-액 반응 방법을 제공한다. 상기 기체와 액체의 1차 및 2차 접촉을 통해 기체와 액체의 접촉율을 극대화할 수 있고, 이에 따라 기-액 반응의 고효율을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 반응시간을 현저히 단축시킬 수 있다.
상기 b) 단계에서의 기체 버블링 및 d) 단계에서의 이송된 액체 분사 방향은 상기 반응기 기저면과 평행한 방향을 포함할 수 있다. 기상 분사부 및 액상 분사부의 분사부가 상기 조건을 만족할 때, 액체와 기상 분사부에 의해 분사되는 기체의 1차 접촉 및 기체와 1차 접촉된 액체와 상기 기체의 2차 접촉을 극대화 할 수 있어, 기-액 접촉율을 증가시킬 수 있으며, 기-액 반응의 반응성 및 효율성을 현저히 증가시킬 수 있다.
본 발명은 또한 a) 액체를 반응기 내부에 유입하는 단계; b) 상기 반응기 하부로 산성가스를 유입하고 상기 반응기 내부에 유입된 액체에 버블링하여 반응시키는 단계; c) 상기 산성가스와 반응한 액체를 상기 반응기 상부로 이송시키는 단계; 및 d) 상기 이송된 액체를 반응기 상부에서 내부로 분사하여 산성가스를 제거하는 단계;를 포함하는 산성가스 제거방법을 제공한다.
구체적으로, 상기 a) 단계의 액체는 염기와 혼합하여 염기화된 염기성 액체일 수 있다. 상기 염기는 일반적으로 사용가능한 염기면 크게 제한하지는 않지만, 구체적인 예로, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화칼슘 중에서 선택되는 하나이상 일 수 있다. 상기 염기성 액체를 반응기 내부에 유입하여 상기 산성가스와 2차 접촉에 의한 반응을 통하여, 산성가스를 더욱 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 상기 b) 단계에서 산성가스와 반응한 액체를 반응기 외부로 이송하고 필터를 통해 필터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 필터는 액체에 포함되는 불순물을 제거하기 위한 필터라면 크게 제한하지는 않지만, 구체적으로 평균 기공 크기 (Pore size)가 10-3~10 ㎛인 필터를 통과시켜 불순물을 제거할 수 있다.
상기 액체는 폐플라스틱 열분해에 의한 액상 부산물인 폐수일 수 있으며, 상기 산성가스는 폐플라스틱 열분해에 의한 기상 부산물일 수 있다.
플라스틱은 파이프, 건축자재, 포장재 및 음료수병 등 분야에 널리 사용되고 있으며, 이에 따라 플라스틱 폐기물 또한 대량 발생하고 있다. 플라스틱의 구체적인 예로, 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 및 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC)를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 폐플라스틱을 재활용하기 위한 방법으로 열분해 (Pyrolysis) 공정이 잘 알려져 있으며, 구체적으로 400~700℃ 온도와 무산소 조건하에서 반응이 이루어진다. 이때, 폐플라스틱 열분해 공정에서 액상 부산물인 폐수와 기상 부산물인 산성가스가 생성된다. 구체적으로 상기 폐수는 염산을 포함하는 산성 폐수일 수 있으며, 상기 산성가스는 염화수소를 포함하는 산성가스일 수 있으나, 이에 제한하지는 않는다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐플라스틱 열분해에 의한 폐수 및 산성가스 제거 장치의 도면을 나타낸 것이다. 구체적으로, 폐플라스틱 열분해 장치 (200)은 폐플라스틱 열분해 반응기 (210); 상기 폐플라스틱 열분해 반응기의 기저면에 위치하여, 반응 후 생성된 폐수를 배출하는 폐수 배출구 (220); 상기 폐플라스틱 열분해 반응기의 상부에 위치하여, 반응 후 생성된 산성가스를 배출하는 산성가스 배출구 (230)를 포함하며, 상기 폐플라스틱 열분해 장치의 폐수 배출구 (220)는 본 발명에 따른 기-액 반응장치 (100)의 액체 유입구 (130)와 연계되어 있으며, 상기 산성가스 배출구 (230)은 기체 유입구 (120)과 연계되어 있을 수 있다.
구체적으로, 폐플라스틱 열분해 장치 (200)의 폐수 배출구 (220)가 본 발명에 따른 기-액 반응장치 (100)의 액체 유입구 (130)와 연계되어, 반응기 (110) 내부에 상기 폐플라스틱 열분해에 의해 생성된 폐수를 유입하는 단계; 폐플라스틱 열분해 장치 (200)의 산성가스 배출구 (220)가 본 발명에 따른 기-액 반응장치 (100)의 기체 유입구 (120)와 연계되어, 반응기 (110) 내부에 상기 폐플라스틱 열분해에 의해 생성된 산성가스를 유입하고 상기 폐수에 버블링하여 반응시키는 단계; 상기 산성가스와 1차적으로 반응한 폐수를 상기 반응기 상부로 이송시키는 단계; 및 상기 이송된 폐수를 반응기 상부에서 내부로 분사하여 2차적으로 반응시켜 산성가스를 제거하는 단계를 포함한다.
상기 a)단계 이전, 폐플라스틱 열분해에 의한 액상 부산물인 폐수를 제1 필터 (131)를 통해 필터링하여 폐수 속에 존재하는 불순물을 제거하는 단계; 및 상기 필터링된 폐수를 염기혼합부 (132)에서 염기와 혼합하여 염기화된 염기성 액체를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 필터링 된 폐수를 염기화 시켜 상기 반응기에 공급하여, 상기 산성가스와 반응시킴으로써, 폐플라스틱 열분해에 의해 생성된 폐수 및 산성가스를 동시에 처리할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 폐수와 산성가스의 두차례 접촉 반응을 통하여, 반응성을 현저히 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 높은 효율로 폐수 처리 및 산성가스 제거를 가능하게 할 수 있다.
100: 기-액 반응 장치; 110: 반응기
120: 기체 유입구; 130: 액체 유입구
131: 제1 필터; 132: 염기혼합부
140: 기상 분사부; 141: 본체
142: 기상 분사구; 150: 액체 이송부
151: 제2 필터; 160: 액상 분사부
161: 본체; 162: 헤드
163: 액상 분사구; 170: 배출구
180: 벤트; 200: 폐플라스틱 열분해 장치
210: 폐플라스틱 열분해 반응기; 220: 폐수 배출구
230: 산성가스 배출구
120: 기체 유입구; 130: 액체 유입구
131: 제1 필터; 132: 염기혼합부
140: 기상 분사부; 141: 본체
142: 기상 분사구; 150: 액체 이송부
151: 제2 필터; 160: 액상 분사부
161: 본체; 162: 헤드
163: 액상 분사구; 170: 배출구
180: 벤트; 200: 폐플라스틱 열분해 장치
210: 폐플라스틱 열분해 반응기; 220: 폐수 배출구
230: 산성가스 배출구
Claims (16)
- 기체 및 액체의 반응성을 최대화하기 위한 기-액 반응 장치에 있어서,
상기 기체 및 액체가 수용되는 내부공간을 갖는 반응기;
상기 내부공간에 기체를 유입하는 기체 유입구;
상기 내부공간에 액체를 유입하는 액체 유입구;
상기 반응기의 하부에 위치하여, 상기 기체 유입구로부터 유입된 기체를 상기 액체 유입구에 의해 유입된 액체에 버블링하는 기상 분사부;
상기 반응기에 수용되는 액체를 반응기 상부로 이송시키는 액체 이송부; 및
상기 반응기 상부에 위치하여, 상기 액체 이송부로부터 이송된 액체를 반응기 내부공간으로 분사하는 액상 분사부;
를 포함하는 기-액 반응 장치. - 제1항에 있어서,
상기 기상 분사부 또는 액상 분사부의 분사방향이 상기 기저면과 평행한 방향을 포함하는 것인 기-액 반응 장치. - 제1항에 있어서,
상기 액체 이송부는 제1 필터를 포함하는 기-액 반응 장치 - 제1항에 있어서,
상기 반응기의 기저면에 위치하는 배출구를 더 포함하는 기-액 반응 장치 - 제1항에 있어서,
상기 액체 유입구에 의해 유입되는 액체는 상기 반응기 전체 높이를 1로 하여, 0.1 내지 0.7까지 채워지도록 유입되는 것인 기-액 반응 장치. - 제1항 내지 제5항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 기-액 반응 장치에 있어서,
상기 기체는 산성가스인 산성가스 제거용 장치. - 제6항에 있어서,
상기 산성가스 제거용 장치는 염기혼합부 및 제2 필터를 더 포함하며,
상기 제2 필터에 의해 필터링된 액체는 상기 염기혼합부에서 염기와 혼합되어 상기 액체 유입구로 공급되는 산성가스 제거용 장치. - 제7항에 있어서,
상기 액체는 폐수를 포함하는 것인 산성가스 제거용 장치. - a) 액체를 반응기 내부에 유입하는 단계;
b) 상기 반응기 하부로 기체를 유입하고 상기 반응기 내부에 유입된 액체에 버블링하여 1차 접촉시키는 단계;
c) 상기 기체와 1차 접촉된 액체를 상기 반응기 상부로 이송시키는 단계; 및
d) 상기 이송된 액체를 반응기 상부에서 내부로 분사하여 상기 기체와 2차 접촉시키는 단계;
를 포함하는 기-액 반응 방법. - 제9항에 있어서,
상기 버블링 또는 분사 방향이 상기 반응기 기저면과 평행한 방향을 포함하는 것인 기-액 반응 방법. - a) 액체를 반응기 내부에 유입하는 단계;
b) 상기 반응기 하부로 산성가스를 유입하고 상기 반응기 내부에 유입된 액체에 버블링하여 반응시키는 단계;
c) 상기 산성가스와 반응한 액체를 상기 반응기 상부로 이송시키는 단계; 및
d) 상기 이송된 액체를 반응기 상부에서 내부로 분사하여 산성가스를 제거하는 단계;
를 포함하는 산성가스 제거방법. - 제11항에 있어서,
상기 a) 단계의 액체는 염기와 혼합하여 염기화된 염기성 액체인 산성가스 제거방법. - 제11항에 있어서,
상기 b) 단계에서 산성가스와 반응한 액체를 반응기 외부로 이송하고 필터를 통해 필터링하는 단계를 더 포함하는 산성가스 제거방법. - 제11항에 있어서,
상기 액체는 폐플라스틱 열분해에 의한 액상 부산물인 폐수이며;
상기 산성가스는 폐플라스틱 열분해에 의한 기상 부산물인 산성가스 제거방법. - 제14항에 있어서,
상기 a) 단계 이전, 폐플라스틱 열분해에 의한 액상 부산물인 폐수를 필터를 통해 필터링 하는 단계; 및
상기 필터링된 폐수를 염기와 혼합하여 염기화된 염기성 액체를 제조하는 단계;
를 더 포함하는 산성가스 제거방법. - 제14항에 있어서,
상기 산성가스 제거방법은 폐플라스틱 열분해에 의한 폐수 및 산성가스를 동시에 처리하는 것인 산성가스 제거방법.
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- 2019-04-30 KR KR1020190050672A patent/KR102194010B1/ko active IP Right Grant
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| GRNT | Written decision to grant |