KR100902846B1 - 순수 이산화염소 유기용매의 제조장치와 이를 이용한이산화염소 제조방법 - Google Patents

순수 이산화염소 유기용매의 제조장치와 이를 이용한이산화염소 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반응조 상부에 이산화염소 제조에 필요한 화학 약품을 고농도로 투입하고 외부로부터 반응조 내부로 비활성 질소가스, 탄산가스 또는 공기를 유입시키고 유입된 비활성 가스는 반응조 하단에 설치된 미세한 다공성 초자필터를 통하면서 미세한 공기 방울을 발생하는 장치가 있고 이 미세한 공기 방울은 상부에서 투입된 고농도의 화학약품을 완벽하게 혼합시켜 고수율 고농도의 이산화염소를 제조할 수 있다.
이 이산화염소는 미세한 공기 방울에 의하여 혼합 반응액 및 부반응물로부터 순수한 이산화염소 가스를 발생시킨다. 이 이산화염소 가스는 병렬로 연결된 유기용매 흡수탑에 흡수되어 순수한 이산화염소 유기용매액을 얻을 수 있다.
이산화염소, 이산화염소 유기용매 용액, 이산화염소유기용매 흡착탑

Description

순수 이산화염소 유기용매의 제조장치와 이를 이용한 이산화염소 제조방법{APPARAUS FOR THE PRODUCTION OF THE PURE ORGANIC CHLRORINE DIOXIDE SOLUTION AND THE PRODUCTION METHOD USING THEREOF}
본 발명은 부산물이 함유되지 않은 순수한 이산화염소수를　제조하는　장치 및 이를 이용한 방법에 관한 것이다.
이산화염소는 1811년 험프리 데어리 경(Sir Humphrey Dary)에 의해 발견되었다. 이산화염소는 어는점이 -59℃, 끓는점이 11℃이며, 상온에서 녹황색을 띄는 가스다. 약간 염소냄새가 나며 물과 에테르 등에 잘 녹는다.
이산화염소는 저장시 서서히 분해되어 ClO2 -, ClO3 -, Cl- 등으로 변환되며, 강력한 산화력으로(산화 상태: +4) 살균효과를 가진다.
이러한 이산화염소의 장점은 유기물을 산화시키지 않는 데 있으며, 특히 발암 물질인 트리할로메탄(trihalomethane, THM), 할로아세틱산(haloacetic acids, HAAs), 할로아세토니트릴(Haloacetonitrile) 및 기타 염소화 유기화합물을 생성하지 않는 데 장점이 있다. 또한, 넓은 pH 범위에서 살균 효능을 유지하는 장점이 있 다. 그 외에도 부산물로 인한 발암물질 등의 생성이 없고 빛에 의해 쉽게 분해되는 환경친화적 특성 때문에 염소계 소독제의 대체 약품으로 활용도가 급속히 확대되고 있는 물질이다.
이러한 특성을 이용하여1944년 나이애가라 폭포(미국, 뉴욕 주)의 수처리 시설에 최초로 적용되었고 현재 미국 900여 곳을 비롯하여 유럽 등 수천 곳에 살균 소독제로 사용 중이다.
우리나라에서도 환경부 고시(1999-173호)에 의하면, 이산화염소는 먹는물 관리법 상 살균소독제로 인정(1ppm이하 사용)되고 있다. 최근 식약청 입법 고시에 의하면 이산화염소 제조 장치 및 전기 분해로 생산된 이산화염소수는 야채 과일 등의 식품의 살균용도로 사용 가능하다.
문제는 이산화염소가 경시변화가 심하며 제법이 까다로우며 보관이 용이하지 못하고 분석도 용이하지 않는다는 것인데, 시중에는 안정화 이산화염소라는 장기 보관이 가능한 소위 안정화 이산화염소 제품이 유통되고 있다.
그러나 1996년 들어 경기도 지역 3개 정수장에 비치된 이산화염소 용액을 분석한 결과 이들은 순수한 이산화염소가 아닌, 아염소산나트륨과 염소산나트륨으로 구성되며 소독력이 없는 안정화 이산화염소이며 청색증을 유발하는 물질이라고 밝혀졌고(아주대 환경공학과 윤제용), 실제 성분 분석 결과 안정화 이산화염소는 순수 이산화염소가 0.01-0.09% 의 매우 적은 양만 포함되어 있음이 보고된 바 있다(신호상, Analytical Science & Tech., 12권, 403-407쪽, 1999).
따라서, 상온에서 불안정한 이산화염소를 장기간 보관 유통 시킬 수 있는 기 술개발이 절실한 실정이다.
이산화염소를 제조하기 위해서는 다음과 같은 방법이 사용된다.
일일 수백톤씩 대량으로 제조하기 위해서는 산성인 액체상에서 출발 물질인 염소산염을 다음의 화학식 1과 같은 방법으로 환원제(SO2, HCl, CH3OH등)을 이용하여 발생시킨다. 그러나 이러한 대규모 제조 방법은 거대한 설비가 요구되어 표백 공정 외의 보통의 경우는 응용되지 못한다.
　2NaClO3+H2SO3→2ClO2+Na2SO4+H2O
이산화염소를 일일 수십 kg 정도로 제조하는 경우에는 일반 무기산(HCl, H2SO4)과 아염소산염을 산화시켜 이산화염소를 제조하는 2 성분 공정(two components system)을 이용한다. 2 성분 공정의 화학식은 하기한 화학식 2와 같다. 그러나 이 방법은 순도가 낮아 많은 양의 불순물이 생성되고 수율이 낮은 문제점이 있다.
　5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O
그 외에도 아염소산염과 염산 및 차아염소산염을 반응시켜 이산화염소를 얻는 3 성분 공정(three components system)이 있다. 3 성분 공정의 반응식은 화학식 3과 같다. 그러나, 이 방법의 경우 세 가지 원료를 투입하여 반응을 진행하여야 하므로 반응 자체가 복잡하고 원료 저장용기가 불편한 문제점이 있다.
2NaClO2+NaClO+2HCl→2ClO2+3NaCl+H2O
덧붙여 화학식 4와 같이 아염소산(소듐 클로라이트)을 염소로 산화하는 방법도 있다.
2NaClO2+Cl2→2ClO2+2NaCl
제조방법으로는 통상 상기 네 가지 방법이 있으나 아염소산 소듐염(소듐 클로라이트)(NaClO2)를 염소와 반응시켜 가스 혹은 용액 상태의 이산화염소를 발생시키는 이 방법이 수율이 높고 부산물이 거의 생성되지 않는 장점이 있다.
상기 방법은 본 출원인이 대한민국 특허 등록 번호 10-0376913-00-00 (2003년 3월 7일)에서 반응용액의 pH를 모니터링하기 위한 pH 미터, pH 미터와 대칭되는 위치에 설치된 이산화염소 유출구, Cl2의 주입구에 별도 설치된 유량계, 반응장치의 하단부에 좌우 대칭으로 설치된 Cl2주입구 및 NaClO2주입구, NaClO2의 공급량을 조절하기 위한 정량펌프, Cl2공급관 중에 설치된 미세 유리 섬유막, Cl2및 NaClO2의 주입구와 수직방향으로 설치된 배플 및 반응장치 바닥 중앙부에 교반기가 장착된 이산화염소의 제조장치를 개시한 바 있다.
아염소산염과 염산 및 차아염소산염을 반응시켜 얻는 방법에 관련하여서는 대한민국 등록특허 제 10-0456483-00-00 호(2004년 11월 1일)에서 아염소산염 또는 아염소산염 및 차아염소산염, 고압노즐의 분사수, 및 염소 가스를 반응시켜 이산화염소를 제조하는 방법에 있어서, 분사수가 부스터에 이르기 전에 아염소산염을 분사수에 주입하여 알칼리화된 분사수를 이젝터 분사용액으로 이용하는 것을 특징으로 하는 정수장에 적합한 이산화염소의 제조 방법이 기술되어 있다.
트리 컴퍼넌트 시스템으로는 대한민국 등록특허 제 10-0590345-00-00 호(2006년　 6월 8일)에 염소산 이온, 산 그리고 과산화수소를 수용액으로 반응기에 공급하여 반응기 내에서 염소산 이온을 이산화염소로 환원시키고, 이것을 압력수와 혼합하고 이로써 이산화염소를 함유하는 희석된 수용액을 이젝터로부터 회수하는 단계를 포함하는 연속적으로 이산화염소를 제조하기 위한 공정이 공지되어 있다.
이산화염소를 미량 서방형으로 발생되게 하는 장치는 대한민국 특허 등록 번호 10-0364235-00-00 (2002년 11월 27일)에서 튜브 내에 모래층 또는 실리카겔층, 이산화염소 제조반응층, 왕모래층 및 실리카겔 또는 제올라이트층이 아래에서부터 위로 순차적으로 충진되고, 상부층에는 ClO2가스 방출구가 구비되고, 장치의 바닥에는 다수의 용액흡수구를 가지는 것을 특징으로 하는 이산화염소의 미량 서방형 발생 장치가 등록되어 있다.
반대로 이산화염소를 순간적으로 발생되게 하는 장치는 대한민국 등록 특허 제 10-0454547-00-00 호(2004년10월 18일)에서 튜브 내에 모래층 및 이산화염소 제조반응층이 아래에서부터 위로 순차적으로 충진되고 튜브의 바닥에는 용액을 흡수할 수 있는 다수의 용액흡수구가 마련되고, 튜브의 맨윗부분에는 이산화염소 가스 가 배출되는 다수의 기공이 마련된 것을 특징으로 하는 이산화염소의 순간 발생 장치가 공지되어 있다. 그러나 제조 원료인 아염소산과 염소화합물, 예를 들면 이소시아뉴릭산등이 사전에 반응을 일으켜 변질되는 단점이 있다.
초음파와 자외선을 이용한 발생 장치는 대한민국 공개특허 제 10-2005-0015949호(2005년　 2월 21일)에 초음파 진동 장치의 구비 하에 이산화염소 생성 용액을 자외선에 노출시켜 그로부터 필요한 이산화염소를 생성하는 이산화염소 생성 장치 및 방법이 개시되어 있다.
최근에는 전기 분해방법에 의한 이산화염소 발생 장치개발이 활발하게 이루어 지고 있다. 이는 고압가스등을 사용하지 않고, 스위치조작으로 간편하게 제조하는 장점이 있기 때문이다. 전기 분해 관련 특허로는 대한민국 등록특허 제 10-0575036-00-00 호(2006년　 4월 24일)에 수성 피드 용액을 전기분해하고 이산화할로겐 염을 이산화할로겐으로 전환하기 위해 애노드와 캐소드 간에 전류를 흘리면서, 아염소산염을 함유하는 수성 피드 용액을 애노드와 캐소드를 포함하는 비-멤브레인 전해셀 내, 및 애노드에 근접한 곳에 통과시킴으로써 이산화염소를 제조하는 방법이 기술되어 있다.
그 외에도 대한민국 등록특허 제 10-0643591-00-00 호(2006년 11월 1일)에는 아염소산나트리움(NaClO2)을 일정량의 물이 담긴 용기에 넣은 후 전해셀이 내장된 분무기 형태의 분사모듈을 용기에 연결시켜 사용하는 전해 살균수 제조장치와 그 방법에 관한 것이 기술 되어 있다.
이산화염소의 최대 단점인 안정성을 증가 시키려는 연구의 일환으로 대한민국 공개특허 제2006-0009355 (2006.01.31)에는 할로겐 이산화물 용액을 안정화시키기 위한 하이드록사이드 이온 제거 시스템에 있어서, (a)하이드록사이드 이온 제거제-포함 할로겐 이산화물 전구체 용액의 전체 중량 기준으로 0.001% 내지 10%의 하이드록사이드 이온 제거 시스템이 공개되어 있다.
그 외에도 대한 민국 공개 특허 제 2007-0028405 호(2007.03.12)에는 치료용 안과 제제에서 이산화염소가 씨트릭산 존재하에 부분적이나마 안정화됨을 기술하고 있다.
상기한 이산화염소는 상온에서 불안정하여 현장에서 사용 직전에 제조해야 하고, 운반 및 유통에 많은 제약이 있다.
또한 상기의 방법으로 이산화염소수를 제조할 때, 그 용액에는 반응하지 않거나 반응 후 생성된 부산물 등 많은 물질, 예를 들어 아염소산(ClO2 -) 및 그 염, 염소산(ClO3 -) 및 그 염, 염화나트륨 등이 반응 조건 및 원료에 따라 많게는 40% 까지 함유 되어 있다.
그 중 아염소산(ClO2 -), 염소산(ClO3 -) 및 그들의 염은 체내 헤모글로빈과 반응하여 청색증을 일으키는 것으로 보고 되어 있어, 우리나라 환경부 에서는 음용수에 이산화염소 농도를 1 ppm 이하로 규제하고 있다.
그러므로, 이산화염소수를 순수하게, 아염소산(ClO2 -), 염소산(ClO3 -) 및 그들의 염 등이 함유되지 않는 방법으로 제조하는 것은 이산화염소수를 식품 등에 사용하는 데 있어서 절대적인 필수 조건이다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 아염소산(HClO2), 염소산(HClO3) 및 그들의 염 등이 함유되지 않은 순수한 이산화염소를 발생시킬 수 있는 방법과 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 단시간에 고농도의 이산화염소를 발생시킬 수 있으며 상기 고농도의 이산화염소가 발생하여도 폭발의 위험 없이 안전한 이산화염소 발생장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정된 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 응용될 수 있으며, 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화염소 제조방법에 사용되는 발생장치의 일 실시예를 도시한 개략적인 모식도로, 이하, 이산화염소 제조방법에 사용되는 발생장치를 설명한다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 이산화염소 발생장치는 반응에 의해 이산화염소가 발생되는 반응조(R)를 포함하여 구성된다.
상기 반응조(R)의 내부에는 반응조(R)를 두 영역으로 나누는 다공성 초자 필 터층(C)이 구비된다. 즉, 상기 필터층(C)은 반응조(R)를 제1영역(R1)과 제2영역(R2)으로 분리한다.
상기 다공성 초자 필터층(C)은 상기 반응조(R)의 내부를 상부나 하부, 좌부나 우부 등으로 다양하게 나눌 수 있으나, 제1영역(R1)은 하부이며 제2영역(R2)이 상부인 경우가 가장 바람직하다. 이는 후술할 가압 가스가 투입되고 배출되는 방향에 따라 달라질 수 있으며, 바람직하게는 일반적인 가스의 이동 방향, 즉 액체 상에서 반응이 일어나 가스가 생성되는 경우 상부 방향에 따라 구분할 수 있다.
상기 반응조(R)의 제1영역(R1)에는 이산화염소 생성반응에 사용될 수 있는 염소 가스를 공급하는 주입구가 형성되어 있으며, 상기한 염소 가스를 필터층(C)를 통해 제1영역에서 제2영역으로 이동시킴과 동시에 염소가스의 농도를 조절할 수 있도록 하는 비활성 가스를 공급하는 주입구가 형성되어 있다. 상기 비활성 가스를 공급하는 주입구와 연결된 관의 일단에는 비활성 가스 용기(P)가 구비되며, 상기 비활성 가스 용기(P)에는 비활성 가스가 준비된다.
여기서 상기 비활성 가스는 고압으로 제공되어 제1영역과 제2영역의 기압차를 유발함으로써 제1영역의 물질이 필터층을 통해 제2영역으로 이동하도록 하는 역할을 한다.
상기 주입구는 염소 가스 주입구와 비활성 가스 주입구가 따로 형성될 수 있으며 1개의 주입구로 두 가지의 가스가 동시에 공급되도록 1개로 형성될 수 있다. 필요에 따라 다양한 비활성 가스를 공급할 수 있도록 복수 개의 주입구를 형성할 수 있음은 물론이며, 도면에서는 염소가스 주입구(B)와 비활성 가스 주입구(A)를 구비한 일 실시예를 도시하였다.
이때 공급되는 비활성 가스는 이산화염소 반응에 참가하지 않는 가스를 사용하며, 헬륨, 네온, 아르곤 등의 영족 가스와, 상대적으로 매우 안정한 탄산가스나 공기(air)가 사용될 수 있다.
상기 반응조의 제2영역(R2)에는 이산화염소 생성반응에 사용될 수 있는 아염소산염 또는 차아염소산염, 황산이나 염산이나 질산과 같은 산을 공급하는 적어도 1개의 주입구가 형성되어 있다. 상기 주입구 또한 각각의 물질을 별개로 공급하도록 형성될 수 있으며, 또는 한 주입구에 두 가지 이상의 물질을 공급하도록 형성될 수 있다. 본 주입구 역시 필요에 따라 다양한 개수로 형성될 수 있음은 물론이며, 도면에서는 유입구는 별개이나 1개의 주입구로 반응조에 연결되는 Y자형 아염소산주입구(D)와 차아염소산 주입구(E) 및 별도의 산(acid) 주입구(F)를 구비한 일 실시예를 도시하였다.
상기 제1영역(R1)과 제2영역(R2)의 주입구에는 각각 유량계(flowmeter, 미도시)가 구비될 수 있다.
상기 반응조의 제1영역(R1)과 상기 비활성 가스 용기(P) 사이, 즉, 제1영역(R1)과 유량계 사이 및 유량계와 비활성 가스 용기(P) 사이에는 도시하지는 않았지만 가압펌프가 더 구비될 수 있다. 가압펌프는 비활성 가스를 제1영역에 고압으로 공급하기 위해 구비된다.
상기 반응조의 각 부분은 별도로 설명하지는 않았으나 다양한 종류의 관, 파이프 등의 연결장치로 연결될 수 있으며 필요에 따라 연결장치 없이 각 부분이 직 접적 연결될 수도 있다.
상기 반응조의 제2영역에는 발생된 이산화염소 가스를 배출하는 배출구가 구비되며, 상기 배출구에는 배출량을 조절하는 차단밸브(J)가 구비될 수 있다.
상기한 구조를 가진 이산화염소 발생장치를 이용하여 이산화염소를 발생시키는 방법은 다음과 같다.
먼저, 상기한 바와 같이 다공성 필터층에 의해 제1영역과 제2영역으로 분리된 이산화염소 발생장치를 준비한다.
이산화염소를 제조하는 방법은 필요한 원료에 따라 예를 들어 세 가지를 들 수 있는데, ① 아염소산염과 산(황산 또는 염산 등)을 사용하여 제조하는 경우, ② 아염소산염과 차아염소산염 및 산(황산 또는 염산 등)을 사용하여 제조하는 경우, ③ 아염소산염과 염소를 사용하여 제조하는 경우를 들 수 있는데, 각각의 경우 상기 제1영역과 제2영역의 주입구를 이용하여 원료를 공급한다.
실시예를 예를 들면 ①은 D주입구를 이용하여 아염소산염을 공급하고, ②는 D, E, F 주입구를 이용하여 아염소산염과 차아염소산염 및 산(황산 또는 염산)을 공급하며, ③의 경우에는 B, D를 이용하여 염소와 아염소산염을 공급한다.
이때, 상기 가압기는 반응조 내에 비활성 가스를 공급하는 방식으로 반응조 내부의 압력을 증가시키는데, 이하 가압펌프로 반응기 내의 압력을 증가시키는 경우를 일 실시예로서 설명한다.
상기 반응조 내의 제1영역으로 염소 가스와 함께 가압펌프에 의해 비활성 가스가 고압으로 공급되면 반응조 내의 제1영역의 압력이 반응조 내의 제2영역의 압 력보다 월등히 높아지게 되며, 이러한 압력차는 제1영역의 가스가 제2영역으로 이동하게 하는 원동력이 된다. 이에 따라 제1영역의 비활성 가스 및 염소 가스가 다공성 초자필터층(C)를 통해 제2영역으로 이동하게 되며, 상기 초자필터층(C)을 통과함과 동시에 미세한 공기방울이 제2영역에 생성된다. 이러한 미세한 공기방울에 의해 제2영역의 유입구를 통해 투입된 반응물과 균일한 교반이 이루어지게 되며, 동시에 고농도, 고수율의 이산화염소가 발생된다.
이 반응혼합물 및 부반응물의 용액에 포함된 이산화염소는 반응조 내부의 압력차와 미세한 공기 방울에 의하여 손쉽게 가스 상의 순수한 이산화염소 가스로 되어 배출구로 배출된다. 이 결과, 순수 이산화염소 수용액을 얻을 수 있다.
이때 발생된 순수한 이산화염소 가스는 병렬로 연결된 유기 용매 흡착탑(S1, S2, S3)에 흡수되어 순수한 이산화염소 유기 용매 용액을 얻을 수 있다.
이 발명에 응용된 유기용매는 물과 혼합할 수 있는 용매 즉 메탄올, 에탄올, 프로파놀, 이소프로파놀, 테트라히드로푸란, 아세톤, 에틸아세테이트 등이며 물과 혼합이 되지 않고 분리되어 층을 이루는 유기용매로는 n-헥산, 메틸렌클로라이드, 에틸에테르, tert-부틸메틸에테르, 페트롤륨에테르 등이다.
상기한 유기 용매 중 휘발성이 강하고 물과 혼합되지 않고 층을 이루는 유기 용매는 이산화염소 수용액으로부터 직접 분액기로 추출하며 사용할 수 있다.
또 상기 유기 용매 흡착탑 내에 제올라이트나 실리카겔을 더 추가하여 가스 상의 이산화염소를 제올라이트나 실리카겔에 흡착시켜 회수할 수 있다. 제올라이트나 실리카겔에 흡착된 이산화염소는 추후 비활성가스를 다량 가함으로써 탈착시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 통상의 이산화염소 제조방법에 사용되는 원료를 사용하였으나, 통상의 방법보다 원료의 농도를 높여 사용할 수 있으며, 반응속도 또한 증가시킬 수 있다. 그 뿐만 아니라, 같은 시간에 고농도의 이산화염소 가스가 발생하게 하였다.
이러한 고농도의 이산화염소가 발생하여도 폭발없이 고수율, 고농도를 유지할 수 있는 이유는 동일한 반응조 제2영역에 설치된 반응물의 연속적이며 정량적인 투입과 같은 반응조 하부에 설치된 미세기포 발생기가 외부로부터 유입되는 비활성 가스를 연속적으로 미세한 기포를 발생시키기 때문이다.
이때, 이러한 미세한 기포에 의한 신속하고 균일한 반응물의 교반이 일어나게 되며, 이에 따라 생성된 고농도의 이산화염소를 반응물 및 반응 부산물의 용액으로부터 미세한 비활성 기포가 이산화염소를 가스화하여 추출할 수 있게 된다.
다시 말하면 이 미세한 비활성 가스 방울은 반응물을 이상적으로 교반해 주며 동시에 발생된 고농도의 이산화염소를 혼합 반응액 및 부반응물의 용액으로부터 쉽게 이산화염소를 가스상으로 추출할 수 있고 또 이산화염소 가스를 희석할 수 있어 폭발을 억제할 수 있다.
순수한 이산화염소 수용액을 제조함에 있어서 무엇보다 중요한 것은 반응조 내부의 압력 및 미세한 다공성 초자 필터를 들수 있다. 상기 다공성 초자 필터층의 공극의 크기는 바람직하게는10마이크론 내지 100마이크론, 더욱 바람직하게는 10 내지 40 마이크론으로 형성된다. 공극의 크기가 10마이크론보다 작으면 제1영역과 제2영역 사이에 물질의 이동이 일어나기 힘들며, 100마이크론보다 더 큰 경우 다공성 초자 필터층에서 발생될 가스 방울의 크기가 매우 커져 반응이 잘 일어나지 않는 문제가 있다.
흡착탑을 여러 개 병렬로 연결함으로써 하부로부터 미세 혼합 가스 방울(비활성 가스 + 이산화염소)이 유기 용매에 대부분 흡착되지만, 극소량의 이산화염소가 공기 중에 분산될 수 있으므로 이산화염소를 환원시켜 제거하는 탑(K)을 설치하였다.
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이 파괴액은 알카리성 과산화수소나 알카리성 티오황산 소다를 사용하였다.
본 발명에서는 통상의 이산화염소 제조에 사용하는 원료를 사용하여 이산화염소를 발생시킨 후 여기에 비활성 질소가스, 탄산가스 또는 공기를 미세한 다공성 초자필터를 통과시켜 생성된 미세 기포가 반응물의 교반을 원활하게 진행시켜 고농도 고수율의 이산화염소를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
발생된 이산화염소는 하부에서 생성된 미세공기에 의하며 반응 혼합액 및 부반응물의 용액으로부터 순수한 이산화염소 가스로 추출한다.
이 순수한 이산화염소 가스는 병렬로 연결된 유기 흡수탑에 흡착되어 순수한 유기 이산화염소 용액을 얻는다.
이하, 상기한 실시예의 이산화염소 발생장치를 이용하여 이산화염소를 발생시킨 실시예를 각각 설명한다.
실시예 1
병렬로 연결된 3개의 유기용매 흡착탑에 6l의 에틸알콜을 넣고, 반응조 제2영역의 투입구에 6.5ml/min로 25wt.% 아염소산염소다와 2ml/min로 30wt.% 황산을 넣었으며, 반응조의 제1영역에 비활성 질소가스를 350ml/min씩 15분 투입하였다.
이때 최종적으로 얻어진 이산화염소 에틸알콜 용액의 농도는 2,125mg/l이다(수율 85%).
같은 방법으로 메탄올, 이소부틸알콜 및 아세톤도 2,000mg/l~ 2,200mg/l를 얻을 수 있다.
실시예 2
병렬로 연결된 3개의 유기용매 흡착탑에 6l의 n-헥산을 넣고, 반응조의 제2영역의 투입구에 6.5ml/min로 25wt.% 아염소산염 및 2ml/min로 30wt.% 황산용액을 넣었으며, 반응조의 제1영역에 300ml/min씩 비활성 탄산가스를 15분간 투입하였다.
이 때에 얻어진 n-헥산 이산화염소용액의 농도는 2,250mg/l이다(수율 90%)
같은 방법으로 에틸에테르 2370mg/l tert-부틸메틸에테르 (2,320mg/l)의 이산화염소 유기용매 용액을 얻었다.
실시예 3
병렬로 연결된 3개의 흡착탑에 실리카겔이나 제올라이트를 넣고 반응조의 제2영역의 투입구에 6.5ml/min 로 25% 아염소산염을 투입하고, 제1영역에는 공기를 360ml/min 및 염소가스 946ml/min씩 동시에 주입하였다.
이때 생성된 이산화염소 가스는 실리카겔이나 제올라이트에 흡착되었으며, 최종적으로 수율 95%의 이산화염소를 얻을 수 있었다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화염소 발생장치의 일 실시예를 도시한 개략적인 모식도.
*도면의 주요 부분에 대한 보호의 설명*
P : 가압 비활성 가스 용기(질소가스,탄산가스,공기)
A : 비활성 가스 주입구
B : 염소가스 주입구
C : 미세다공성 초자필터
D : 아염소산염 투입구
E : 차염소산염 투입구
F : 산(Acid)-황산 또는 염산
G : 유기용매 투입구 및 차단 밸브
H : 이산화염소 유기용매액 유출구 및 차단밸브
I1 : 이산화염소 가스 파괴액 투입구 및 차단 밸브
I2 : 이산화염소 가스 파괴액 유출구 및 차단밸브
J : 차단밸브
K : 이산화염소 가스 파괴탑
S1, S2, S3 : 이산화염소 흡착탑

Claims (13)

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  3. 반응조;
    상기 반응조를 제1영역과 제2영역으로 나누는 다공성 초자 필터층;
    상기 반응조 제1영역에 연결되어 상기 반응조에 염소 가스 및 고압의 비활성 가스를 공급하는 적어도 1개의 주입구;
    상기 반응조의 제1영역에 연결되며 상기 고압의 비활성 가스를 주입하기 위한 고압펌프;
    상기 반응조 제2영역에 연결되어 상기 반응조에 차아염소산, 아염소산, 또는 산을 공급하는 적어도 1개의 액체 주입구;
    상기 반응조에 연결되며, 상기 반응조 제2영역에서 생성된 이산화염소 가스가 배출되는 배출구; 및
    상기 배출구에 연결되며 상기 비활성 가스와 생성된 이산화염소를 용해하는 유기 용매와 흡착물질을 함유하는 1개 이상의 흡착탑을 포함하는 이산화염소 발생장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유기용매는 n-헥산, 메틸렌클로라이드, 에틸에테르, tert-부틸메틸에테르, 페트롤륨에테르 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이산화염소 발생장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 흡착물질은 제올라이트나 실리카겔인 것을 특징으로 하는 이산화염소 발생장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 흡착탑에 연결되며 흡착되고 남은 이산화염소 가스를 제거하기 위한 이산화염소 가스 제거탑을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 발생장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가스 제거탑은 상기 이산화염소 가스를 제거하기 위한 과산화수소 또는 티오황산소다를 함유하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 발생장치.
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