KR100906933B1

KR100906933B1 - 감압증발을 이용한 ＮａＯＨ 재활용 공정을 가지는탈황공정 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR100906933B1
Application number: KR1020080089914A
Authority: KR
Inventors: 성관진
Original assignee: 주식회사 한맥씨엔이; 성관진
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2009-07-10

Abstract

본 발명은 바이오가스(biogas)생산시 더불어 발생하는 유기황화합물인 황화수소(H₂S)를 제거하는 탈황공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 습식 탈황공정에서 사용되는 탈황반응제 중 수산화나트륨(NaOH) 용액을 감압증발 방식을 이용해 필요 농도로 응축시키고 순환시켜 재활용함으로써 폐수의 발생을 최소한으로 줄이고 환경 오염을 방지할 수 있도록 구성된 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법 및 시스템에 관한 것이다.

본 발명은, 탈황세정탑내로 유입된 바이오가스에 포함된 H₂S를 NaOH 저장조에서 공급된 pH14의 NaOH 용액을 이용한 화학반응을 통해 Na₂S로서 제거하는 탈황공정 방법에 있어서, 탈황세정탑내의 화학반응 후 pH가 떨어진 NaOH 폐액중에 포함된 Na₂S 고형물을 제거하는 Na₂S 제거공정과; Na₂S 고형물이 제거된 NaOH 폐액을 이송하여 NaOH 폐액 저장조에 저장하는 NaOH 폐액 저장공정과; NaOH 폐액 저장공정에 따라 저장된 NaOH 폐액을 스팀을 이용해 열교환시키는 열교환공정과; 열교환공정을 통과한 NaOH 폐액의 온도가 감압비등온도가 아닐 경우에는 재차 열교환공정으로 순환시키고, 감압비등온도에 도달한 NaOH 폐액은 감압·농축시킴으로써 pH14의 NaOH 용액으로 재생시키는 감압증발공정과; 감압증발공정을 통과한 농축 NaOH 용액을 NaOH 저장조에 저장하고, 화학반응에 사용된 NaOH 용액을 보충하는 NaOH 용액 저장공정을 포함하여 이루어진다.

이에 따라, 탈황세정탑 내에서 화학반응에 사용된 NaOH 폐액을 폐수로서 별도 처리하지 않고, 감압증발 방식에 따라 순환 재생시켜 재활용할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

탈황, 수산화나트륨, 황화수소, 재활용, 순환, 재이용, 감압증발.

Description

감압증발을 이용한 ＮａＯＨ 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법 및 시스템{Desufurization process method and system having NaOH regeneration process using a decompression evaporation}

일반적으로 고농도의 유기물 함량을 갖는 음식물 쓰레기나 축산분뇨의 처리를 위하여 다양한 방법이 활용되고 있으며, 그 중에서 수처리 단위 조작에 의해 혐기성 처리 후 발생된 유기물을 처리하는 액상부식법과 장기 폭기에 의해 호기성 발효 방식으로 처리하는 방법이 널리 사용되어 왔다.

이러한 고농도의 유기물 함량을 가지는 축산분뇨 등의 처리과정에서 흔히 메 탄(CH₄)을 포함한 바이오가스(Biogas)가 생성되는데 상기 바이오가스는 에너지원으로의 활용이 가능할 뿐만 아니라 바이오가스를 생산하고 남은 발효액은 비료로 활용 가능하기 때문에 현재 여러 선진국가에서 상기의 처리방법이 이용되고 있다.

한편, 이러한 최초 발생되는 바이오가스에는 유기물에 따라 그 성상이 달라지지만 대개 함유량의 변화는 있을 수 있으나 메탄(CH₄)과, 이산화탄소(CO₂), 황화수소(H₂S)를 포함하여 구성된다.

이중, 황화수소(H₂S) 가스는 계란 썩는 냄새가 나는 무색의 기체로서 인체의 위장이나 폐에 흡수되어 질식, 폐질환, 신경중추마비 등을 일으키는 위해성이 큰 기체로 분류되고 있어, 이를 처리하는 탈황공정이 반드시 요구되고 있다. 이러한 탈황공정은 대개 심냉법, 흡수법, 막분리법 및 흡착법 등의 처리방법이 제시되고 있다.

한편, 상기 황화수소가 수산화나트륨(NaOH)과 같은 알칼리성 수용액 중에 흡수됨으로써, 또는 모노에탄올아미 및 디에탄올아민과 같은 에탄올아민을 사용함으로써 황화수소 함유 기체로부터 분리될 수 있음은 널리 공지되어 있다. 그리고, 이산화탄소 또한 상기 황화수소와 거의 동일한 수중용해도를 가져 상기 이산화탄소도 알칼리성 용액 중에 흡수되는 공정을 통해 제거할 수 있다.

이러한, 탈황 반응제로서 NaOH 용액은 바이오가스의 성상 변화 및 시간대별로 변동하는 가스 생산량의 변화에 관계없이 적용할 수 있어 효용성이 큰 탈황 방법으로 이용되고 있다.

이러한 성질을 이용하여 바이오가스 발생시 더불어 발생하는 유기황화합물, 즉 황화수소(H₂S)를 제거하는 탈황공정을 도 1을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래기술에 따라 NaOH를 이용한 탈황공정을 보여주는 개략적인 계통도로서, 상기 탈황공정(100)은 바이오가스가 인입되고 배출되어 포집되도록 구성된 탈황세정탑(120)에서 이루어진다.

그리고, 이러한 시스템은 상기 탈황세정탑(120) 내부로 상기 NaOH 용액을 분사노즐(122)을 통해 분사시킬 수 있도록 NaOH 저장조(110)와, 사용된 NaOH 폐액이 저장되는 저장조(130)를 포함하여 구성된다.

보다 상세하게, 상기 NaOH 저장조(110)에는 탈황공정(100)에 사용되는 NaOH 용액이 외부 이송관(151)을 통해 인입되어 저장된 상태로, 이는 외부펌프(P1)력에 따라 필요에 따라 NaOH 이송관(152)을 이용해 상기 탈황세정탑(120)으로 이송된다.

그리고, 상기 탈황세정탑(120)에는 메탄(CH₄)과, 이산화탄소(CO₂), 황화수소(H₂S)를 포함한 바이오가스가 유입되는데, 이때 외부조작에 따라 세정탑 내의 분사노즐(122)은 NaOH를 분사하게 되고, 상기 탈황세정탑(120) 내에서 황화수소는 상기 수산화나트륨과 화학반응하는 탈황공정이 이루어진다.

이때, 탈황공정에서 사용된 NaOH 용액은 화학반응시 발생된 Na₂S와 함께 폐액이송관(153)을 통해 폐액저장조(130)로 이송되어 저장되고, 상기 폐액저장조(130)에 저장된 폐액은 별도의 폐수처리장으로 이송되어 다양한 수처리 조작에 따라 처리되어 방류되는 과정을 가진다.

그러나, 종래에는 이와 같이 탈황공정에 사용된 NaOH 폐액이 폐수로 처리되기 때문에 그 처리비용이 고비용으로 탈황공정을 위한 플랜트 운영에 수지 악화요인으로 작용하고 있다.

더불어, 탈황 반응제 중 NaOH 용액은 탈황성능 및 효과가 대단히 우수한 화학 반응제로 알려져 있으나, 탈황 세정탑에서의 탈황공정 반응 후 폐수의 처리에 많은 경비가 소요되어 현실적으로 적게 사용되고 있다.

본 발명은 전술한 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로, 바이오가스의 탈황공정에서 탈황반응제로 사용되는 수산화나트륨(NaOH) 용액을 감압증발방식을 이용하여 수분을 증발시키고 재차 필요 농도로 응축시켜 재활용할 수 있어 폐수의 발생을 최소한으로 줄이고 환경오염을 방지할 수 있도록 이루어진 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 탈황공정에서 이용된 NaOH을 재활용하기 위해 상기 탈황공정의 화학반응에 의해 생성된 Na₂S를 제거하는 마이크로 필터와, NaOH 저장조, NaOH 폐액저장조, 열교환기, 감압탱크로 구성된 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 탈황세정탑내로 유입된 바이오가스에 포함된 H₂S를 NaOH 저장조에서 공급된 pH14의 NaOH 용액을 이용한 화학반응을 통해 Na₂S로서 제거하는 탈황공정 방법에 있어서, 상기 탈황세정탑내의 화학반응 후 pH가 떨어진 NaOH 폐액중에 포함된 Na₂S 고형물을 제거하는 Na₂S 제거공정과; 상기 Na₂S 고형물이 제거된 NaOH 폐액을 이송하여 NaOH 폐액 저장조에 저장하는 NaOH 폐액 저장공정과; 상기 NaOH 폐액 저장공정에 따라 저장된 NaOH 폐액을 스팀 을 이용해 열교환시키는 열교환공정과; 상기 열교환공정을 통과한 NaOH 폐액의 온도가 감압비등온도가 아닐 경우에는 재차 상기 열교환공정으로 순환시키고, 상기 감압비등온도에 도달한 NaOH 폐액은 감압·농축시킴으로써 pH14의 NaOH 용액으로 재생시키는 감압증발공정과; 상기 감압증발공정을 통과한 농축 NaOH 용액을 상기 NaOH 저장조에 저장하고, 화학반응에 사용된 NaOH 용액을 보충하는 NaOH 용액 저장공정을 포함하여 이루어져; 상기 탈황세정탑 내에서 화학반응에 사용된 NaOH 폐액을 폐수로서 별도 처리하지 않고, 감압증발 방식에 따라 순환 재생시켜 재활용할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 감압증발공정에서 증발된 NaOH 폐액 중의 스팀은 상기 열교환공정으로 순환되어 열교환에 이용된다.

또한, 상기 Na₂S 제거공정은, 상기 탈황세정탑에서 NaOH 폐액 저장조까지 연통된 폐액 이송관의 일측에 구비된 마이크로필터에 의해 Na₂S 가 걸러져 제거된다. 이때, 상기 감압증발공정의 감압비등온도는 55∼60℃인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 바이오가스에 포함된 H₂S를 pH14의 NaOH 용액을 이용한 화학반응을 통해 Na₂S로서 제거하도록 이루어진 탈황공정 시스템에 있어서, 일측에 상기 H₂S를 포함한 바이오가스가 유입되는 가스유입관과, 타측에 H₂S가 제거된 바이오가스가 배출되는 가스포집관과, 상기 NaOH 용액을 분사하는 분사노즐관을 가지는 탈황세정탑과; 상기 탈황세정탑 내의 화학반응 후 NaOH 폐액 중의 Na₂S를 여과시켜 제거하는 마이크로 필터와; 상기 마이크로 필터를 통과한 NaOH 폐액을 저장하는 NaOH 폐액저장조와; 상기 폐액저장조내의 NaOH 폐액을 스팀을 이용해 열교환시키는 열교환기와; 상기 열교환기를 통과한 NaOH 폐액의 온도가 감압비등온도가 아닐 경우에는 재차 상기 열교환기로 순환시키고, 상기 감압비등온도에 도달한 NaOH 폐액은 감압·농축시켜 pH14의 NaOH 용액으로 재생시키도록 일측에 감압펌프가 구비된 감압탱크와; 상기 감압탱크를 통과한 농축 NaOH 용액을 저장하고, 상기 저장된 NaOH 용액을 상기 탈황세정탑내로 이송시키는 NaOH 저장조를 포함하여; 상기 탈황세정탑 내에서 화학반응에 사용된 NaOH 폐액을 폐수로서 별도 처리하지 않고, 감압탱크에서 감압증발 방식에 따라 순환 재생시켜 재활용할 수 있도록 이루어진다.

이때, 상기 탈황세정탑은, 상기 NaOH 저장조와 연통된 NaOH이송관과 연결된 NaOH 투입조절조와, 상기 NaOH 투입조절조의 NaOH 용액을 분사이송관을 통해 분사노즐관으로 이송시키는 NaOH 공급펌프를 더 포함하여 구성된다.

그리고, 본 발명에 따른 상기 탈황공정 시스템은, 상기 탈황세정탑과 연통되어 NaOH 폐액을 NaOH 폐액저장조로 이송시키되, 일측에 폐액이송펌프와 마이크로필터가 연통된 폐액이송관과; 상기 NaOH 폐액저장조와 연통되고 일측에 폐액공급펌프가 구비되어 상기 열교환기를 통과하는 제1공급관과, 상기 제1공급관이 연장되어 상기 감압탱크와 연통된 제2공급관을 가지는 폐액공급관과; 상기 감압탱크와 연통되어 상기 열교환기로 감압증발된 NaOH 폐액 중의 스팀을 상기 열교환기로 공급하 고, 일측에 블로어가 구비된 스팀이송관과; 상기 열교환기의 일측에 연통되어 열교환에 의해 응축된 응축수를 외부로 방류하는 방류관과; 상기 감압탱크와 연통되어 감압농축된 NaOH 폐액을 상기 NaOH 저장조로 이송시키는 농축이송관과; 상기 농축이송관과 연통되어 상기 감압탱크로 유입된 감압비등온도에 도달하지 않은 NaOH 폐액을 상기 폐액공급관의 제1공급관으로 순환시키는 폐액순환관을 더 포함하여 구성된다.

이때, 상기 제1공급관과 상기 폐액순환관의 연통된 지점에는 제1 3방향전환밸브(V1)가 더 포함되고, 상기 농축이송관과 상기 폐액순환관의 연통된 지점에는 제2 3방향전환밸브(V2)가 더 포함되어 구성된다.

한편, 상기 감압탱크의 감압비등온도는 55∼60℃인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 열교환기는 일측에 보일러를 더 포함하여 구성된다.

상기와 같이 본 발명에 따른 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법 및 시스템에 따르면, 첫째, 탈황공정의 화학반응에 사용되는 NaOH 용액을 폐수로 처리하지 않고 감압증발 방식에 따라 재활용하여 사용함으로써 공정 효율을 높이고 전체 시스템의 유지비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

둘째, 탈황세정탑에서 사용된 NaOH 폐액을 재활용하여 폐수의 발생을 최소환으로 줄여 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법 및 시스템의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법을 보여주는 처리공정도이고, 도 3은 본 발명에 따른 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 시스템을 보여주는 개략적인 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 탈황공정에서의 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 시스템을 보여주는 계통도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법 및 시스템(1)은, 메탄(CH₄)과, 이산화탄소(CO₂), 황화수소(H₂S)를 포함한 바이오가스 내의 상기 H₂S를 제거하기 위한 것으로, 유기화합물인 H₂S 제거 효율을 높이기 위해 탈황공정을 수행하는 탈황세정탑(20)은 세정탑내의 pH를 12 내외로 유지하게 되는데 상기 pH12를 유지하기 위해 투입되는 상기 NaOH 용액은 pH14가 투입된다.

이때, 상기 탈황세정탑(20) 내의 화학반응은 H₂S + 2NaOH ---> Na₂S + 2H₂O 로서, 상기 H₂S는 Na₂S로서 고형물로 침전되어 제거된다.

그리고, 본 발명은 상기 화학반응 후 pH가 14미만, 즉 12내외로 떨어진 NaOH 폐액을 감압탱크(50)를 이용한 감압증발방식을 이용하여 수분을 증발시킴으로서 농도를 높이고 필요 농도로 응축시켜 재차 탈황세정탑(20)내로 투입하여 재활용시키 는데, 이로 인해 NaOH 폐액으로 인한 폐수의 발생을 최소한으로 줄여 환경오염을 방지하는 것을 특징으로 한다.

보다 상세하게, 본 발명에 따른 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법은, 탈황세정탑(20)내로 유입된 바이오가스에 포함된 H₂S를 NaOH 저장조(10)에서 공급된 pH14의 NaOH 용액을 이용한 화학반응을 통해 Na₂S로서 제거하는 탈황공정 방법에 있어서, 탈황공정과 더불어 크게 Na₂S 제거공정(S1)과, NaOH 폐액 저장공정(S2)과, 열교환공정(S3)과, 감압증발공정(S4) 그리고 상기 공정들을 거친 NaOH 용액을 저장하는 NaOH 용액 저장공정(S5)을 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 Na₂S 제거공정(S1)은, 상기 탈황세정탑(20)내의 화학반응 후 pH가 떨어진 NaOH 폐액 중에 포함된 Na₂S 고형물을 제거하는 공정으로, 상기 탈황세정탑(20)에서 화학반응 후 배출되는 NaOH 폐액을 이송하여 NaOH 폐액저장조(40)까지 연통된 폐액이송관(73) 일측에 구비된 마이크로 필터(30)에 의해 Na₂S 가 걸러져 제거된다.

그리고, 상기 NaOH 폐액 저장공정(S2)은 상기 Na₂S 고형물이 제거된 NaOH 폐액을 이송하여 NaOH 폐액저장조(40)에 저장하는 공정으로, 상기 NaOH 폐액저장조(40)에 저장된 NaOH 폐액은 이어지는 열교환공정(S3)과 감압증발공정(S4)을 거치면서 농축되어 재활용되게 된다.

이때, 상기 열교환공정(S3)은 상기 NaOH 폐액 저장공정(S2)에 따라 저장된 NaOH 폐액을 일정온도를 가지는 스팀을 이용해 열교환시키는 공정으로, 상기 NaOH 폐액은 상기 열교환공정(S3)을 통해 감압탱크(50) 내의 감압비등온도로 온도가 높아진다.

일반적으로 상기 탈황세정탑(20)내로 유입되는 바이오가스의 온도는 대개 55℃ 내외로 상기 탈황세정탑(20)내에서 화학반응을 거친 NaOH 용액은 상기 바이오가스와 유사한 55℃ 내외의 온도를 가지면서 이송된다. 그리고, 이송되는 과정에서 온도는 55℃ 이하로 더 낮아질 수 있다.

한편, 상기 감압증발공정(S4)은 감압탱크(50)와 감압펌프(P5)를 이용해 상기 NaOH 폐액을 감압증발 방식에 따라 감압하여 농축시키는 것으로, 상기 열교환공정(S3)을 통과한 NaOH 폐액의 온도가 상기 감압탱크(50) 내의 감압비등온도가 아닐 경우에는 재차 NaOH 폐액을 상기 열교환공정(S3)으로 순환시키고, 상기 감압비등온도에 도달한 NaOH 폐액은 감압·농축시킴으로써 pH14의 NaOH 용액으로 재생시키게된다.

이때, 상기 감압증발공정(S4)에서 감압에 따른 감압비등온도의 차이에 의해 증발된 NaOH 폐액 중의 스팀은 상기 열교환공정(S3)으로 순환되어 이송되는 NaOH 폐액의 온도를 올리는 열교환에 이용된다.

바람직하게 상기 감압증발공정(S4)의 감압비등온도는 55∼60℃인 것을 특징으로 하는데, 이는 상기 탈황세정탑(20)내로 유입되는 바이오가스의 온도가 55℃ 내외인 바 열손실을 최소화하고 연료비를 감소시키면서도 용이하게 NaOH 폐액을 감 압 농축시키기 위한 온도로 최초 전체 시스템의 구성시 설정된 관리 감압비등온도이다.

이러한 상기 감압탱크(50) 내의 감압비등온도는 하기에 보다 상세하게 기술하기로 한다.

한편, 상기 감압증발공정(S4)을 통과한 농축 NaOH 용액은 NaOH 용액 저장공정(S5)에 따라 NaOH 저장조(10)에 저장된다. 그리고, NaOH 용액 저장공정(S5)에서 탈황공정에서 화학반응에 의해 사용된 NaOH 용액을 외부에서 보충하게 된다.

상기에 기술한 본 발명의 실시예에서와 같이, Na₂S 제거공정(S1)과, NaOH 폐액 저장공정(S2)과, 열교환공정(S3)과, 감압증발공정(S4) 그리고 상기 공정들을 거친 NaOH 용액을 저장하는 NaOH 용액 저장공정(S5)을 통해 본 발명은, 상기 탈황세정탑(20) 내에서 화학반응에 사용된 NaOH 폐액을 폐수로서 별도 처리하지 않고, 감압증발방식에 따라 순환 재생시켜 재활용할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

하기에는 상기에 기술된 본 발명에 따른 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법을 수행하기 위한 시스템을 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

재차 도 2내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 탈황공정 시스템(1)은, 바이오가스에 포함된 H₂S를 pH14의 NaOH 용액을 이용한 화학반응을 통해 Na₂S로서 제 거하도록 이루어진 탈황공정 시스템에 있어서, 탈황세정탑(20)과 더불어 NaOH 저장조(10), 마이크로 필터(30), NaOH 폐액저장조(40), 열교환기(60), 감압탱크(50)로 구성되고 각각의 장치를 연결하고 NaOH 용액 및 폐액을 이송하기 위한 이송관 또는 공급관들을 포함하여 구성된다.

보다 상세하게, 상기 NaOH 저장조(10)는, 상기 감압탱크(50)를 통과한 농축 NaOH 용액을 저장하고, 상기 저장된 NaOH 용액을 상기 탈황세정탑(20) 내로 이송시키는 장치이다.

이때, 상기 NaOH 저장조(10)는 탈황공정에서 화학반응에 사용된 NaOH 용액 만큼을 재차 외부에서 유입시켜 항상 탈황세정탑(20)내로 pH14의 NaOH 용액을 제공할 수 있게 한다.

또한, 상기 NaOH 저장조(10)에 저장되는 NaOH 용액은 20∼30N 농도를 가지는 것이 바람직하다.

일반적으로 노르말(N)농도는 용액 1g 속에 녹아있는 용질의 g 당량수로서 결국 당량수(가수) × 몰농도로서 나타낸다. 이때 상기 NaOH 용액은 1당량으로 1몰이 곧 1N 농도를 나타낸다.

상기 NaOH 용액이 20N 농도 미만이면 농도가 낮아 탈황세정탑(20)내에서의 탈황공정 효율이 떨어지며, 30N 농도 초과이면 농도가 높아 이송관 등을 통과하는데 있어 펌프력이 많이 소요되며 이송이 어려워 이송관 내에서의 NaOH 용액의 이송효율이 떨어지게 된다.

따라서, 본 발명에서는 탈황공정의 효율을 높이면서도 NaOH 용액의 이송효율 이 높도록 NaOH 용액은 20∼30N 농도를 가지는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 NaOH 저장조(10)와 연결된 NaOH 이송관(71)을 통해 NaOH 용액을 공급받는 상기 탈황세정탑(20)은, 일측에 상기 H₂S를 포함한 바이오가스가 유입되는 가스유입관(2)과, 타측에 H₂S가 제거된 바이오가스가 배출되는 가스포집관(3)과, 상기 NaOH 용액을 분사하는 분사노즐관(22)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 탈황세정탑(20)은, 필요에 따라 상기 NaOH 저장조(10)와 연통되어 상기 NaOH 이송관(71)과 연결된 NaOH 투입조절조(21)와, 상기 NaOH 투입조절조(21)내의 NaOH 용액을 분사이송관(72)을 통해 분사노즐관(22)으로 이송시키는 NaOH 공급펌프(P2)를 더 포함하여 구성된다.

이어서, 상기 마이크로 필터(Micro Filter, 30)는, 이를 통과하는 NaOH 폐액 중의 Na₂S를 여과시켜 제거하는 것으로, 상기 NaOH 폐액이 이송되는 폐액이송관(73)의 일측에 구비되어 여과걸림에 따라 걸러지는 Na₂S 고형물을 일정시간의 경과 후 필터를 처리하는 과정 중에서 별도 수거하여 처리하게 된다.

또한, 상기 마이크로 필터(30)를 통과하여 상기 Na₂S 고형물이 제거된 NaOH 폐액은 상기 NaOH 폐액저장조(40)에 일시 저장되고 상기 NaOH 폐액 중에 남아있는 미량의 Na₂S 고형물을 침전시켜 처리한다. 그리고, NaOH 폐액저장조(40)의 상등액으로 존재하는 NaOH 폐액은 펌프력에 의해 이어지는 다음 공정으로 공급된다.

그리고, 상기 열교환기(60)는 상기 폐액저장조(40)내의 NaOH 폐액을 스팀을 이용해 열교환시켜 이어지는 감압탱크(50)의 감압비등온도인 55∼60℃로 상승시킨다.

상기 탈황세정탑(20)내로 유입되는 바이오가스의 온도가 55℃ 내외인 바 화학반응 후 배출되는 NaOH 폐액은 대략 55℃ 내외의 온도를 가지게 된다. 그러나, 폐액이송관(73)과 폐액저장조(40)를 거치면서 상기 이송되는 NaOH 폐액의 온도는 떨어지게 된다. 따라서, 상기 열교환기(60)는 감압탱크(50)의 감압비등온도인 55∼60℃에 맞도록 열교환을 통해 상기 NaOH 용액의 온도를 상승시킨다.

이때, 상기 열교환기(60)는 상기 감압탱크(50) 내에서 증발된 NaOH 폐액 중의 수분, 즉 스팀을 열교환공정에 이용하게 되는데, 본 발명의 시스템 최초 작동시 상기 열교환기(60)를 통과하는 NaOH 폐액을 감압비등온도로 올리기 위해 상기 열교환기는 일측에 별도의 연료를 소비하여 스팀을 생성하는 보일러(80)를 더 포함하여 구성된다.

최초 상기 보일러(80)를 통해 생성된 스팀을 이용해 NaOH 폐액을 열교환시키고, 상기 감압탱크(50)내에서 NaOH 폐액이 감압증발되면 상기 보일러(80)는 작동 중지되고 감압증발된 폐액 중의 발생된 스팀을 이용해 스팀이송관(75)을 통해 열교환기로 이송시켜 이를 열교환에 이용하게 된다.

이때, 상기 스팀이송관(75)을 통해 감압탱크(50)에서 이송되는 스팀은 감압탱크(50) 내에서는 감압비등온도인 55∼60℃ 를 가지지만, 상기 스팀이송관(75)을 통과하면서 압력의 차이에 의해 온도가 약 10∼12℃ 정도 상승하게 된다. 이와 같이 온도가 상승한 스팀에 의해 열교환기(60)에서 낮은 온도의 NaOH 폐액은 열교환 되어 감압비등온도로 상승하게 되어 상기 감압탱크(50) 내로 인입하게 된다.

또한, 상기 감압탱크(50)는 내부로 유입된 NaOH 폐액을 감압농축시켜 탈황세정탑(20)의 탈황공정에서 사용될 수 있는 농도가 pH로 만드는 것으로, 상기 열교환기(60)를 통과한 NaOH 폐액의 온도가 상기 감압비등온도가 아닐 경우에는 재차 상기 열교환기(60)로 순환시키고, 상기 감압비등온도에 도달한 NaOH 폐액은 감압·농축시켜 pH14의 NaOH 용액으로 재생시키도록 일측에 감압펌프(P5)가 구비된다.

바람직하게 상기 감압탱크(50)의 감압비등온도는 55∼60℃인 것을 특징으로 하는데, 이는 상기 탈황세정탑(20)내로 유입되는 바이오가스의 온도가 55℃ 내외인 바 열손실을 최소화하고 연료비를 감소시키면서도 용이하게 NaOH 폐액을 감압 농축시키기 위한 온도로 최초 시스템의 구성시 설정된 관리 감압비등온도이다.

만약, 상기 감압탱크(50)의 감압비등온도를 55℃ 미만으로 설정한다면, 상기 열교환기(60) 내에서 최초 사용되는 에너지 소비량은 줄겠지만 상기 NaOH 폐액을 감압 농축시키기 위해 감압펌프(P5)의 감압력은 높아지고 이는 상기 감압탱크(50)가 압력에 의해 내부로 찌그러지는 것을 방지하기 위해 상기 감압탱크(50)의 두께를 두껍고 튼튼하게 만들어야 하는 문제점을 발생시킨다.

또한, 상기 감압탱크(50)의 감압비등온도를 60℃ 초과로 설정한다면, 상기 폐액저장조(40)에서 이송되는 NaOH 폐액의 온도차가 너무 커 보일러(80)의 에너지 소모가 커질 뿐만 아니라 전체적인 소모 에너지의 효율을 떨어뜨리는 문제점을 가져온다.

따라서, 본 발명에서는 상기 감압탱크(50) 내의 감압비등온도를 바이오가스 의 유입온도와 유사한 55∼60℃로 설정하여 최적의 감압효율과 에너지 효율을 가지게 한다.

상기에 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 시스템(1)은, 상기 탈황세정탑(20) 내에서 화학반응에 사용된 NaOH 폐액을 폐수로서 별도 처리하지 않고, 감압탱크(50)에서 감압증발 방식에 따라 순환 재생시켜 재활용할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 시스템(1)은, 탈황공정에 사용되는 NaOH 용액과 폐액의 이송을 원할하게 하기 위해 다수의 이송관과 공급관 등을 사용하는데, 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 탈황공정 시스템(1)은, 상기 NaOH 저장조(10)의 NaOH를 탈황세정탑(20)을 이송하기 위해 일측에 NaOH 이송펌프(P1)가 구비된 NaOH 이송관(71)을 가진다.

그리고, 상기 탈황세정탑(20)과 연통되어 사용된 NaOH 폐액을 NaOH 폐액저장조(40)로 이송시키되 일측에 폐액이송펌프(P3)와 마이크로 필터(30)가 구비된 폐액이송관(73)을 가진다.

또한, 상기 NaOH 폐액저장조(40)와 연통되고 일측에 폐액공급펌프(P4)가 구비되어 상기 열교환기(60)를 통과하는 제1공급관(74a)과, 상기 제1공급관(74a)이 연장되어 상기 감압탱크(50)와 연통된 제2공급관(74b)을 가지는 폐액공급관(74)을 가진다.

상기 폐액공급관(74)이 열교환기(60)를 통과하면서 이송되는 NaOH 폐액은 감압탱크(50)의 감압비등온도로 열교환된다.

또한, 상기 감압탱크(50)와 연통되어 상기 열교환기(60)로 감압증발된 NaOH 폐액 중의 스팀을 상기 열교환기(60)로 공급하고, 상기 스팀을 이송하기 위해 일측에 블로어(B)가 구비된 스팀이송관(75)을 가진다.

이때, 상기 스팀이송관(75)을 통해 감압탱크(50)에서 이송되는 스팀은 감압탱크(50) 내에서는 감압비등온도인 55∼60℃ 를 가지지만, 상기 스팀이송관(75)을 통과하면서 압력의 차이에 의해 온도가 약 10∼12℃ 정도 상승하게 된다. 이에 따라 열교환기(60)에서 낮은 온도의 NaOH 폐액은 높은 온도의 스팀과 열교환되어 감압비등온도로 상승하게 된 상태로 상기 감압탱크(50) 내로 인입하게 된다.

한편, 상기 열교환기(60)의 일측에는 열교환에 의해 응축된 응축수를 외부로 방류하기 위해 방류관(77)이 연통되게 형성된다. 상기 방류관(77)을 통해 외부로 배출되는 응축수는 외부로 배출되어 별도 처리되거나 하천 등에 방류하게 된다.

또한, 본 발명은 상기 감압탱크(50)와 연통되어 감압농축된 NaOH 폐액을 상기 NaOH 저장조(10)로 이송시키는 농축이송관(76)을 가진다.

그리고, 상기 농축이송관(76)과 연통되어 상기 감압탱크(50)로 유입된 감압비등온도에 도달하지 않은 NaOH 폐액을 상기 폐액공급관(74)의 제1공급관(74a)으로 순환시키는 폐액순환관(76a)을 더 포함하여 구성된다.

한편, 상기 제1공급관(74a)과 상기 폐액순환관(76a)의 연통된 지점에는 제1 3방향전환밸브(V1)가 더 포함되고, 상기 농축이송관(76)과 상기 폐액순환관(76a)의 연통된 지점에는 제2 3방향전환밸브(V2)가 더 포함되어 구성된다.

상기 감압탱크(50)에는 온도센서가 구비되어 있는데, 상기 온도센서의 감지값에 따라 상기 3방향 전환밸브(V1, V2)의 흐름을 바꿔 NaOH 폐액의 이송방향을 제어하게 된다.

상기와 같이 기술된 본 발명의 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법 및 시스템(1)은, 외부에 별도 설치되는 자동제어장치(PLC)에 의해 자동제어된다.

이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 종래기술에 따른 NaOH를 이용한 탈황공정을 보여주는 개략적인 계통도.

도 2는 본 발명에 따른 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법을 보여주는 처리공정도.

도 3은 본 발명에 따른 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 시스템을 보여주는 개략적인 도면.

도 4는 본 발명에 따른 탈황공정에서의 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 시스템을 보여주는 계통도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호 설명***

1 : 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법 및 시스템

10 : NaOH 저장조 20 : 탈황세정탑

30 : 마이크로 필터 40 : NaOH 폐액저장조

50 : 감압탱크 60 : 열교환기

80 : 보일러 73 : 폐액이송관

74 : 폐액공급관 75 : 스팀이송관

76 : 농축이송관 76a : 폐액순환관

Claims

탈황세정탑내로 유입된 바이오가스에 포함된 H₂S를 NaOH 저장조에서 공급된 pH14의 NaOH 용액을 이용한 화학반응을 통해 Na₂S로서 제거하는 탈황공정 방법에 있어서,

상기 탈황세정탑내의 화학반응 후 pH가 떨어진 NaOH 폐액중에 포함된 Na₂S 고형물을 제거하는 Na₂S 제거공정과;

상기 Na₂S 고형물이 제거된 NaOH 폐액을 이송하여 NaOH 폐액 저장조에 저장하는 NaOH 폐액 저장공정과;

상기 NaOH 폐액 저장공정에 따라 저장된 NaOH 폐액을 스팀을 이용해 열교환시키는 열교환공정과;

상기 열교환공정을 통과한 NaOH 폐액의 온도가 감압비등온도가 아닐 경우에는 재차 상기 열교환공정으로 순환시키고, 상기 감압비등온도에 도달한 NaOH 폐액은 감압·농축시킴으로써 pH14의 NaOH 용액으로 재생시키는 감압증발공정과;

상기 감압증발공정을 통과한 농축 NaOH 용액을 상기 NaOH 저장조에 저장하고, 화학반응에 사용된 NaOH 용액을 보충하는 NaOH 용액 저장공정을 포함하여 이루어져;

상기 탈황세정탑 내에서 화학반응에 사용된 NaOH 폐액을 폐수로서 별도 처리하지 않고, 감압증발 방식에 따라 순환 재생시켜 재활용할 수 있도록 이루어지고,

상기 감압증발공정에서 증발된 NaOH 폐액 중의 스팀은 상기 열교환공정으로 순환되어 열교환에 이용되며,

상기 감압증발공정의 감압비등온도는 55∼60℃인 것을 특징으로 하는 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 Na₂S 제거공정은, 상기 탈황세정탑에서 NaOH 폐액 저장조까지 연통된 폐액 이송관의 일측에 구비된 마이크로필터에 의해 Na₂S 가 걸러져 제거되는 것을 특징으로 하는 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 방법.
삭제
바이오가스에 포함된 H₂S를 pH14의 NaOH 용액을 이용한 화학반응을 통해 Na₂S로서 제거하도록 이루어진 탈황공정 시스템에 있어서,

일측에 상기 H₂S를 포함한 바이오가스가 유입되는 가스유입관과, 타측에 H₂S가 제거된 바이오가스가 배출되는 가스포집관과, 상기 NaOH 용액을 분사하는 분사노즐관을 가지는 탈황세정탑과;

상기 탈황세정탑 내의 화학반응 후 NaOH 폐액 중의 Na₂S를 여과시켜 제거하는 마이크로 필터와;

상기 마이크로 필터를 통과한 NaOH 폐액을 저장하는 NaOH 폐액저장조와;

상기 폐액저장조내의 NaOH 폐액을 스팀을 이용해 열교환시키는 열교환기와;

상기 열교환기를 통과한 NaOH 폐액의 온도가 감압비등온도가 아닐 경우에는 재차 상기 열교환기로 순환시키고, 상기 감압비등온도에 도달한 NaOH 폐액은 감압·농축시켜 pH14의 NaOH 용액으로 재생시키도록 일측에 감압펌프가 구비된 감압탱크와;

상기 감압탱크를 통과한 농축 NaOH 용액을 저장하고, 상기 저장된 NaOH 용액을 상기 탈황세정탑내로 이송시키는 NaOH 저장조와;

상기 탈황세정탑과 연통되어 NaOH 폐액을 NaOH 폐액저장조로 이송시키되, 일측에 폐액이송펌프와 마이크로필터가 연통된 폐액이송관과;

상기 NaOH 폐액저장조와 연통되고 일측에 폐액공급펌프가 구비되어 상기 열교환기를 통과하는 제1공급관과, 상기 제1공급관이 연장되어 상기 감압탱크와 연통된 제2공급관을 가지는 폐액공급관과;

상기 감압탱크와 연통되어 상기 열교환기로 감압증발된 NaOH 폐액 중의 스팀을 상기 열교환기로 공급하고, 일측에 블로어가 구비된 스팀이송관과;

상기 열교환기의 일측에 연통되어 열교환에 의해 응축된 응축수를 외부로 방류하는 방류관과;

상기 감압탱크와 연통되어 감압농축된 NaOH 폐액을 상기 NaOH 저장조로 이송시키는 농축이송관과;

상기 농축이송관과 연통되어 상기 감압탱크로 유입된 감압비등온도에 도달하지 않은 NaOH 폐액을 상기 폐액공급관의 제1공급관으로 순환시키는 폐액순환관를 포함하여;

상기 탈황세정탑 내에서 화학반응에 사용된 NaOH 폐액을 폐수로서 별도 처리하지 않고, 감압탱크에서 감압증발 방식에 따라 순환 재생시켜 재활용할 수 있도록 이루어지고,

상기 감압탱크의 감압비등온도는 55∼60℃인 것을 특징으로 하는 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 시스템.
제 5항에 있어서,

상기 탈황세정탑은, 상기 NaOH 저장조와 연통된 NaOH이송관과 연결된 NaOH 투입조절조와, 상기 NaOH 투입조절조의 NaOH 용액을 분사이송관을 통해 분사노즐관으로 이송시키는 NaOH 공급펌프를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 시스템.
삭제
제 5항에 있어서,

상기 제1공급관과 상기 폐액순환관의 연통된 지점에는 제1 3방향전환밸브가 더 포함되고, 상기 농축이송관과 상기 폐액순환관의 연통된 지점에는 제2 3방향전환밸브가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 시스템.
삭제
제 5항에 있어서,

상기 열교환기는 일측에 보일러를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 감압증발을 이용한 NaOH 재활용 공정을 가지는 탈황공정 시스템.