KR100727510B1 - 막 방법을 사용하는 ＮａＣｌ 전해 플랜트에서 묽은염수의 농도를 증가시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필요한 NaCl을 상등액이 있는 상태로 질량 유동 사일로에 저장하고 여기에서 급속 용해기로 계속해서 공급하는 것을 특징으로 하는, 막 방법을 사용하는 NaCl 전해 플랜트에서 묽은 염수의 농도를 증가시키는 방법에 관한 것이다.

NaCl 전해 플랜트, 염수, 질량 유동 사일로, 급속 용해기

Description

막 방법을 사용하는 ＮａＣｌ 전해 플랜트에서 묽은 염수의 농도를 증가시키는 방법 {Method of Increasing the Concentration of Dilute Brine in NaCl Electrolysis Plants Using the Membrane Process}

막 방법에 의해 염소와 수산화나트륨을 제조하는 경우, 사실상 포화된 NaCl 용액 (염수)를 전해 전지에 공급한다. 여기서, 목적 생성물인 염소, 수산화나트륨 및 수소는 직류에 의해 생성된다. 이와 동시에 염수 중의 염 농도는 80 내지 130 g/ℓ까지 감소된다. 또한, 전해 과정 중에 전해 전지에 존재하는 염수의 양은 생성된 NaOH 1몰 당 H₂O 3 내지 4몰로 감소한다.

전해 과정을 유지하기 위해서는, 전지를 빠져 나오는 묽은 염수 (양극 전해액) 중의 염 농도가 막 제조업체에 의해 명시된 최소 농도 미만으로 떨어지지 않도록 이들 전지에 충분히 진한 염수를 계속해서 공급해야 한다. 이러한 NaCl의 최소 농도는 NaCl 170 g/ℓ이다. 염수의 소모는 보통 NaCl 200 내지 220 g/ℓ로 제한된다.

따라서, 전해 전지에 염수로 도입된 염 중 약 40% 정도의 양이 이용된다. 전지를 빠져 나온 묽은 염수는 경제적이고 생태학적인 이유로 인해 재순환되는데, 즉 탈염소화 후 고상 염에 의해 그 농도를 다시 증가시켜서 적당히 정제한 후에 전해 전지로 다시 공급한다. 농도를 증가시키기 위해 결정질 염을 첨가하기 전에, 막을 통해 빠져나온 액체량을 보충하기 위해 손실량의 물을 첨가한다.

통상적인 플랜트에서는 염수 농도를 증가시키기 위해 통상 결정질 염이 들어 있는 용기 (급속 용해기)를 통해 바닥에서부터 윗쪽으로 염수를 통과시킨다. 이런 식으로 염수 농도를 증가시킨다. 염은 기계적인 공급 장치에 의해 급속 용해기로 계속해서 도입한다. 별법으로는, 묽은 염수를 오픈 염 저장기에 도입하여 거기서 농도를 증가시키기도 한다 [Ullmann Encyclopaedie der technischen Chemie; Chapter Chlor und Natriumchlorid; Scouce, Chlorine, Reinhold Publishing Corp.; USA; 1962].

이러한 플랜트에서 염은 자동화 컨베이어 장치나 버킷휠식 적재기(bucket-wheel loader)를 이용하여 적당한 무수 염 저장기로부터 공급된다.

종전 기술에 공지되어 있는 방법은 일련의 단점들을 갖는다.

가능하다면, 염은 중간 저장 단계 없이 염 이송 통로에서 급속 용해기로 직접 공급하는 것이 좋다. 그러나, 이러한 방법에서 사용되는 염은 저장이 가능하도록 응결 방지제 (예, 칼륨 헥사시아노철산염)를 혼입해야 하며, 이로 인해 전해 과정에서 불량한 전류 수율을 얻게 된다 [W. Versteegen, report from Akzo Nobel, 제목: 용해 및 염수 처리 중 염소-부식제 플랜트의 알칼리성 염수 중 철헥사시아나이드의 분해, 저자: J.H.G. van der Steegen, 26.03, 1990].

오픈 용해 피트에 의해서는 염을 함유하는 미스트가 형성되고, 이것이 또한 주변 장비들을 부식시켜 상당한 손상을 일으킨다. 또한, 스팀 방출 결과 불필요하게 많은 양의 열이 손실되며, 이렇게 손실된 열은 이후에 가열을 통해 다시 보충해야 한다.

또한, 급속 용해기로 염을 공급하는 기계적 공급 장치는 계속적인 마모가 일어나고 유지 요건이 까다로우며 관련된 노동 집약적인 감독과 주의가 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 단점들이 없으며,

- 저장기 (사일로, silo)에서의 묽은 염수의 농도를 자동적으로 증가시키고,

- 응결 방지제를 첨가하지 않고도 염을 저장할 수 있도록 하고,

- 열 손실이 적고,

- 언제든지 다량의 염을 보유하며,

- 기계적 이송 장치 없이도 가능한, 묽은 염수의 농도를 증가시키는 방법을 제공하는 것이다.

그러나, 잔류 수분 함량이 1 내지 3%인 무수 또는 거의 무수인 NaCl은 가교가 형성되거나 응결이 일어나는 경향이 있어서 신뢰성 있는 측량이 불가능하므로 사일로에 저장될 수 없다.

놀랍게도, NaCl을 물과 혼합할 때 어느 정도의 상등액이 항상 유지되도록 하여 응결 방지제를 첨가하지 않고도 NaCl을 사일로에 저장할 수 있으며 이로부터 생 기는 문제점 없이 측량 투입할 수 있다는 것을 알아내었다. 염 위의 액체 높이는 사일로 크기 및 그의 기하학적 형상에 따라 달라진다. 염이 건조되지 않도록 선택해야 한다. 필요하다면 분배 과정 중에 물을 가해야 한다.

따라서, 본 발명은 염을 상등액이 있는 상태로 질량 유동 사일로에 저장하며 여기에서부터 급속 용해기로 계속해서, 또는 바람직하게는 묽은 염수 스트림에 직접 염을 공급하는 것을 특징으로 하는, 막 방법을 사용하는 NaCl 전해 플랜트에서 묽은 염수의 농도를 증가시키는 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 염 층을 포화 염수 또는 물로 덮는 방식으로 사일로에 저장한다. 물/NaCl 혼합물이 빠져 나올 경우 염 층 위의 액체 높이가 감소하므로 염 위 액체의 최소 높이를 20 cm로 유지하기 위해서는 추가의 물을 첨가해야 한다.

가교 형성을 억제하고 사일로의 출구 파이프로부터 결정질 염이 흘러 나오도록 하기 위해 상등 염수를 사용한다. 비교적 소량의 액체로도 염을 배출하기에 충분하다.

사일로의 치수는 염에 의해 발생하는 필터 저항이 염의 소정량을 분배할 수 있는 액체 유동을 만들 수 있을 정도여야 한다. 질량 유동 사일로가 바람직한 사일로이다. 일반적으로, 이런 형태의 사일로의 치수는 직경 5 내지 12 m, 높이 10 내지 25 m이다.

사일로의 내용물에서 삼출되는 액체량을 체크할 수 있으며, 그 크기는 사일로에서의 고체가 고정되어 있다는 가정하에 예를 들어 지하수 유동에 대해 공지된 계산 방법을 이용하여 추정할 수 있다.

이러한 수학 계산은 미분 염일 경우에도 통상의 질량 유동 사일로에서 막 전해에 필요한 양의 염을 방출하기에 충분한 액체 삼출이 가능하다는 것을 보여준다.

한편, 실험에 의해 배출부에 있는 액체 분율이 염수 회로에서 필요한 물의 추가량보다 적다는 것을 보여준다. 이는 첨가되는 물의 양을 필요한 만큼 조절할 수 있게 하므로 NaCl 막 방법에 있어서 이롭다는 것을 증명하는 것이다.

<실시예>

응결 방지제가 없는 결정화 염 20톤을 원추형의 바닥 및 출구 파이프가 있는 20 m³ 용기에 넣고, 상등 수층의 높이가 약 20 cm로 될 때까지 탈이온수를 덮었다.

출구 파이프로부터 농도 약 250 g/ℓ의 염수를 이송하고, 펌프를 사용하여 유동 측정기 및 방사 밀도 측정기를 통해 다음 공정 단계 (염수 여과)까지 펌핑하였다.

방사 밀도 측정을 이용하여 충분한 염 슬러리를 염수 스트림으로 측량 투입하는 조절 밸브를 제어하여 밀도 1.198 g/m³의 사실상 포화된 염수를 제공하였다.

농도가 증가되어야 하는 묽은 염수의 양이 반으로 된 후, 약 90초 후에 상기한 수치 1.198 g/m³가 회복되었다.

펌프 전력을 다시 증가시키면 60초 내에 상기한 밀도 값이 다시 얻어졌다.

약 2.1 m³/시간의 평균 염수 유동에서 83 시간 후에 사일로로부터 염이 완전히 배출되었지만 상등액은 여전히 원추 출구 높이의 1/3을 덮고 있었다.

본 발명에서는 종전의 NaCl 전해 플랜트에서의 여러가지 단점들 없이, 사일로에서의 묽은 염수의 농도를 자동적으로 증가시키고, 응결 방지제를 첨가하지 않고도 염을 저장할 수 있도록 하고, 열 손실이 적고, 언제든지 다량의 염을 보유하며, 기계적 이송 장치 없이도 가능한, 묽은 염수의 농도를 증가시키는 방법을 제공하였다.

Claims (5)

1. 필요한 NaCl을 상등액이 있는 상태로 질량 유동 사일로에 저장하고 여기에서 급속 용해기로 계속해서 공급하고, 염 위의 액체 높이는 염이 건조되지 않도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 막 (membrane) 방법을 사용하는 NaCl 전해 플랜트에서 묽은 염수의 농도를 증가시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 염/물 혼합물을 묽은 염수 스트림에 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 염을 기계적 이송 장치를 사용하여 사일로에 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 염을 수압 이송에 의해 사일로에 도입하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 염이 건조되지 않도록 염을 상등액이 있는 상태로 저장하고, 염의 배출 동안 사일로의 출구 파이프로부터 결정질 염이 흘러나오는, 사일로 중 NaCl 염의 저장 방법.