공기중 산화 미립자 감소 및 제거장치 및 방법 document_id A220623042307

다양한 자연현상과 전세계에 걸쳐 산업화된 국가들에 의해 인공의 오염물질이 공기중과 물에 유입됨에 따라 우리의 환경은 급속도록 오염되고 있다. 공기중으로 유입되는 인공의 오염물질로는 일반적으로 탄화수소 연료 발전소, 소각로, 다양한 종류의 용해공정(smelting operations)을 포함하는 공업공정, 질산 및 황산을 이용하는 발전소, 내연기관 등에서 진행되는 연소에 의해 생성되는 공기중 미립자가 있다. 대부분의 경우, 그러한 오염물질은 탄소, 황, 질소, 납, 아연, 및 기타 원소의 산화물을 구성한다. 예를 들어, 석탄은 납, 아연, 은 등을 포함하는 다양한 불순물을 미량 함유하고 있으므로, 석탄이 연소되면, 이러한 불순물은 물론 석탄에 함유된 탄소 역시 산화된다. 결국, 황화합물을 함유하는 연료의 연소 및 질소화합물을 함유하는 연료의 연소로부터 생성되는 황산화물 및 질소산화물은, 환경적 관심이 높아지고 있는 산성비의 원인 물질인 산을 형성한다. 탄화수소 연소를 이용한 발전소, 소각로, 공업공정, 내연기관 등에서 발생하는 연소물을 처리하여 이러한 원인들로부터 생성되는 공기중 미립자를 조절하기 위한 많은 시도들이 있었다. 예를 들어, 석탄 연소를 이용하는 발전소는 황산화물과 반응하여 석고를 형성하는 칼슘 화합물을 이용하는 세정공정(scrubbing process)을 종종 채용한다. 그러나, 불행하게도, 이러한 세정공정에 의해 생성된 폐기물의 량은 심각한 처리문제를 초래한다. 따라서, 가능한 대로, 세정요건을 감소시키기 위하여 황함유량이 적은 석탄이 석탄 연소를 이용하는 발전소에 사용되고 있지만, 이로 인해 전력생산의 비용이 증가된다. 대안적으로, 발전소를 낮은 온도에서 가동함으로써 황산화물 배출을 감소시킬 수 있지만, 이것은 석탄의 열량중 일부를 사용하지 않은 채 남긴다는 문제를 초래한다. 이러한 배출을 취급하기 위한 접근법으로, 미립자 제거를 향상시키기 위하여 정전 침전제를 사용해 왔다. 이러한 접근법에서는, 이온을 생성하여 생성된 이온을 미립자에 부착시키기 위하여 다양한 형태의 이온화 장치가 사용되었다. 최종적으로 하전된 미립자는 그 자체로서 정전 침전제에 수집된다. 불행하게도, 연소에 의해 발생되는 공기중 미립자의 유입을 조절하는 종래의 접근방법은 하나 이상의 심각한 문제점들을 가지고 있다. 예를 들면, 이러한 접근방법은 산화물의 배출을 수용가능한 수준으로 감소시킬 수 없었으며, 건설하거나 가동하기에 과도하게 큰 비용이 들며, 에너지 효율이 낮다. 본 발명은 미립자 연소물질을 함유하는 공기흐름을 취급하여, 그러한 물질을 원소 물질 및 물로 환원시키기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명의 장치 및 방법은, 원소 물질을 제거하고, 정화되고 매우 개선된 공기흐름을 남기고, 원하는 경우 가치있는 원소 물질을 회복시킬 수 있는 수단을 또한 제공한다. 결국, 본 발명은 이러한 모든 목적을 매우 높은 에너지 효율을 가지는 방식으로 성취한다. 풀러린(fullerene)은 본 발명의 장치 및 방법을 이용하여 회복될 수 있는 가치있는 원소 물질중 하나이다. 풀러린은 매우 비싸고 공업적으로 중요한 형태의 탄소로서, 육각형 및 오각형으로 배열되며 60 또는 그 이상의 sp2 혼성 오비탈 탄소원자로 이루어진 커다란 닫힌 케이지(cage) 구조의 분자로 구성된다. 현재, 풀러린은 타원구(spheriod) 형태(buckminsterfullerene), 원통형, 또는 도우넛 형태(나노 튜브)로 알려져 있다. 풀러린을 생산하기 위한 여러가지 복잡하고 고비용의 공정들이 알려져 있다. 그러한 공정들은 너무 복잡하기 때문에 생산량이 적으며, 따라서 결과 생산물은 매우, 매우 비싸다. 따라서 본 발명은 이러한 물질을 생산하는데 있어 훨씬 효율적이며 비용이 적게 드는 방법을 제공한다. 본 발명의 장치는 단지 적은 량의 에너지를 기반으로 작동하기 때문에 본 발명의 장치가 석탄으로 가동되는 발전소의 배출물을 처리하는데 사용되면, 탄소는 발전소의 굴뚝에서 회복되어 연소의 원료로서 재사용될 수 있으며, 이는 발전소의 효율을 크게 향상시킨다. 마지막으로, 본 발명의 장치는 또한 매립지 요건을 감소시키는 데에도 유용하다. 예를 들어, 본 발명은 공기를 정화하는데 매우 효과적이므로, 그로 인한 공기 오염을 효과적으로 조절하는 것이 어렵기 때문에 지금까지 금지되거나 권장되지 않았던 소각로를 사용할 수 있게 한다. 그러므로, 그렇지 않았더라면 소각되었을 많은 물질들이 매립되어 상당히 넓은 매립지 면적이 불필요하게 낭비되었다. 만약 그러한 물질들을 소각로에서 태우고 본 발명의 장치를 이용하여 처리한다면, 잔여 물질 (주로 수집된 원소 물질)의 부피를 크게 감소시킬 수 있을 것이며, 이후 감소된 잔여물질은 실질적으로 적은 매립지 면적을 차지하며 매립될 것이다. 더구나, 이미 매립된 매립물질은 채굴, 소각되어 본 발명에 따라 처리된 다음 다시 매립지에 매립될 수 있다. 그렇게 함으로써, 채굴된 매립지의 부피를 감소시키고, 매립지의 수명을 실질적으로 연장시킬 수 있다.