KR100905796B1 - 연속적인 흡착 및 탈착공정으로 폐극성용매의 처리방법 - Google Patents

연속적인 흡착 및 탈착공정으로 폐극성용매의 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 흡착탑을 이용한 흡착 및 탈착 공정을 연속적으로 수행하여 폐 극성용매 중에 다량으로 함유된 수분을 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 흡착 시 특정의 분자체를 표면개질 또는 이온교환한 흡착제를 사용하여 저온에서 흡착반응을 수행하고, 탈착 시 마이크로파를 조사하여 수분제거율이 높은 순수한 극성용매의 재생 및 단시간의 주기로 흡착제의 효과적인 반복 사용이 가능한 연속적인 흡착 및 탈착공정으로 폐 극성용매를 처리하는 방법에 관한 것이다.
극성용매, 탈착, 흡착, 마이크로파

Description

연속적인 흡착 및 탈착공정으로 폐극성용매의 처리방법{The method to recover the waste-polar solvents using continuous adsorption/desorption process}
본 발명은 흡착탑을 이용한 흡착 및 탈착 공정을 연속적으로 수행하여 폐 극성용매 중에 다량으로 함유된 수분을 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 흡착제로 특정의 분자체를 표면개질 또는 이온교환한 흡착제를 이용한 저온에서 흡착반응을 수행하고, 탈착 시 마이크로파를 조사하여 수분제거율이 높은 순수한 극성용매의 재생 및 단시간의 주기로 흡착제의 효과적인 반복 사용이 가능한 연속적인 흡착 및 탈착공정으로 폐 극성용매를 처리하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 박막트랜지스터 액정디스플레이(TFT-LCD) 제조공정, 반도체 제조공정, 솔-젤(Sol-Gel process), 알콕사이드(alkoxide) 제조, 제약 및 유기합성 등에서 다량의 폐 이소프로필 알코올이 발생된다. 이러한 폐 이소프로필 알코올은 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol; 이하, 'IPA'라고 함), 물, 저비점 물질 및 고비점 물질로 구성되어 있는 바, 이로부터 물이 제거된 무수 폐 이소프로필알콜로 재생하기 위해 여러 방법들이 제시되어 왔다. 이에 대해 살펴보면 다음과 같다.
대표적으로 물을 제거하여 순수 IPA를 생산하는 공정은 증류 공정을 거쳐 증류탑 상부로 IPA를 회수하는 것이다[Vapor-Liquid Equilibria at 760 mmHg Pressure(Louis H. Ballard and M. Van Winkle-University of Texas, Austin, Texas), Vapor-Liquid Equilibria-2-Propanol Water System(Abraham Wilson and Edward L. Simons-Rutgers University, New Brunswick, N.J.)]. 그러나, 이러한 방법은 IPA보다 고비점 물질로부터 분리하는 데는 효율적이나 물을 제거하여 초순수 무수 IPA를 제조하는 데는 비효율적이다. 왜냐하면, IPA는 물과 공비 혼합물을 형성하기 때문에 상압에서 87 중량% 이상으로 IPA를 농축할 수 없기 때문이다.
다른 방법으로는 투과기화막(Pervaporation Membrane)을 이용하여 물의 농도를 300 ∼ 500 ppm까지 IPA로부터 물을 제거하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은 100 ppm 이하로 물을 제거하는 데는 어려움이 있고 실제적인 운전 조건인 중대형 규모의 산업에서는 적합치 않다. 즉, 진공설비를 이용하여 막의 생산물이 생산되는 쪽의 압력을 낮추어 막 양쪽에 압력차를 주어야 하기 때문이다[미국특허 제 5,868,906호, Consider Membrane Pervaporation(Hurbert L. Flewing, Zenon Environmental, Inc. Chemical Engineering Progress Jul. 1992)]. 이의 진공도의 범위는 1 ∼ 10 mmHg 범위이고, 생산물이 증기로 존재하기 때문에 온도가 낮 은 냉각수를 이용하여 응축시켜 회수하여야 하고, 투과기화막은 0.68 kg/m2hr 플럭스(Flux)로 운전되기 때문에 소규모 실험실 공정(50 kg/hr 이하)에는 적합하나 대용량의 산업용으로는 부적합한 문제가 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 투과기화막을 이용한 공정은 100 ppm 이하로 초순수 무수 IPA를 생산하는 것이 불가능하고, 유틸리티 비용이 많이 들며, 운전 조건이 까다롭고, 대규모 설비가 불가능한 문제가 있는 것이다.
또 다른 방법으로는 물과 IPA 혼합물에 제3의 용매를 섞어 주어 IPA와 물이 공비 혼합물을 형성하는 대신 물과 제3의 용매가 보다 낮은 온도에서 공비혼합물을 형성하도록 하여 IPA로부터 물을 제거하는 방법이다[미국특허 제 5,053,563호, 미국특허 제 4,762,616호]. 이러한 방법은 두개의 증류탑을 필요로 하는 바, 이중 하나는 IPA로부터 물을 제거하는데 사용되고 다른 하나는 제3의 용매를 회수하는데 사용한다. 그러나, 이 방법은 용매 사용으로 인한 오염 발생 위험성이 증가하고, 관리비용 및 설비비가 많이 소요되는 문제가 있다. 왜냐하면, IPA보다 비등점이 낮은 물질을 제3의 용매로 사용함으로써, 조금만 온도가 상승하여도 갑작스러운 압력상승으로 이어질 수 있기 때문에 용매의 저온, 저장 등과 같이 용매의 취급 및 이용에 어려움이 따른다. 또한, 제3의 용매가 또 다른 불순물로 작용하여 IPA를 오염시킬 수 있는 바, 이러한 제3의 오염이 발생할 경우 또 다른 증류탑을 설치하여 정제해 주어야 하는 문제가 있다.
이상에서 언급한 바와 같이, 여러 가지 IPA 정제방법들이 제시되어 왔으나, 각 기술들의 기술적인 제한 및 비용과다 등의 이유로 인하여 실용화 또는 대형화되지 못하고 이론적인 수준에 머무르고 있는 실정이다.
이에 본 발명자들은 수분이 다량 함유된 폐 극성용매로부터 수분을 제거하여 순수한 극성용매로 재활용하는 경제적이고 실용적인 방법에 대하여 연구 노력하였다. 그 결과, 수분흡착능이 우수한 분자체에, 친수성 말단기로 표면이 개질되거나 Li+, Na+, 및 Ca2+ 등의 양이온에 의해 이온교환된 흡착제를 충진시킨 흡착탑 내부로 수분이 함유된 폐 극성용매를 공급하여, -45 ∼ 25 ℃ 온도 범위에서 상기 폐 극성용매 중에 함유된 수분을 흡착시키는 과정과, 상기 물이 흡착된 흡착탑 내부를 마이크로파를 조사하여 물을 탈착시키는 연속 공정을 수행하면, 수분제거율이 높은 순수한 극성용매가 재생되며, 또한 단시간의 주기로 흡착제의 효과적인 반복 사용이 가능하다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 세공크기가 1 ∼ 5 Å이고, 비표면적이 80 ∼ 1200 ㎡/g인 분자체의 표면이 친수성기에 의해 표면개질된 흡착제를 충진시킨 흡착탑 내부로 물이 함유된 폐 극성용매를 공급하여 폐 극성용매 중에 함유된 물을 -45 ∼ 25 ℃ 온도 범 위에서 흡착시키는 공정과, 상기 물이 흡착된 흡착탑 내부를 -45 ∼ 25 ℃ 온도 범위로 유지하면서 동시에 마이크로파를 조사하여 물을 탈착시키는 공정이 포함되어 이루어진 흡·탈착 공정을 이용한 폐 극성용매의 처리방법에 그 특징이 있다.
또한 본 발명은 세공크기가 1 ∼ 5 Å이고, 비표면적이 80 ∼ 1200 ㎡/g인, 분자체의 표면이, Li+, Na+, 및 Ca2 + 이온에 의해 이온교환된 흡착제를 충진시킨 흡착탑 내부로 물이 함유된 폐 극성용매를 공급하여 폐 극성용매 중에 함유된 물을 -45 ∼ 25 ℃ 온도 범위에서 흡착시키는 공정과, 상기 물이 흡착된 흡착탑 내부를 -45 ∼ 25 ℃ 온도 범위로 유지하면서 동시에 마이크로파를 조사하여 물을 탈착시키는 공정이 포함되어 이루어진 흡·탈착 공정을 이용한 폐 극성용매의 처리방법에 그 특징이 있다.
본 발명에 따라 특정의 분자체를 친수성 표면개질 및 이온교환하여 제조된 흡착제를 사용하고, 이를 낮은 온도에서 흡착 및 탈착의 연속공정으로 수행하는 공정으로 수분이 다량 함유된 IPA 로부터 초순수의 무수 IPA의 제조가 가능하여 박막트랜지스터 액정디스플레이(TFT-LCD) 제조공정, 반도체 제조공정, 솔-젤(Sol-Gel process), 알콕사이드(alkoxide) 제조, 제약 및 유기합성 등의 분야에 그 사용이 기대된다.
본 발명은 폐 극성용매 중에 다량으로 함유된 수분을 제거하는 방법에 관한 것으로, 흡착제를 이용하여 수분을 흡착하는 공정과, 상기 흡착된 수분을 흡착제로부터 탈착하는 공정을 수행하되, 상기 흡착제는 특정의 물성을 갖는 분자체를 포면개질 또는 이온교환하여 사용하고, 저온에서 흡착반응을 수행하며, 탈착시 마이크로파의 조사하여 보다 단시간에 탈착을 수행함으로서 효과적으로 수분을 제거하는 방법에 관한 것이다.
본 발명자들은 종래 대한민국 등록 제10-704988호에, 흡착탑을 이용하여 폐수 중에 함유된 유기물을 흡착하고, 상기 유기물이 흡착된 흡착탑의 내부에 마이크로파를 조사함과 동시에 비극성가스와 극성화합물을 함께 공급하여 유기물을 탈착시키는 흡착-탈착 공정을 이용한 폐수 처리방법을 제시한 바 있다.
폐수 중에 함유된 유기물을 제거하는 방법으로 본 발명의 폐 극성용매 중에 물을 제거하는 것과는 대상이 달라 서로 상이한 표면 성질의 흡착제가 필요하고, 또한 물을 흡착하여 제거해야 하기 때문에 본 발명의 실시예에서 제시한 바와 같이 낮은 흡착탑의 온도를 유지하는 것이 상이하다. 또한, 이러한 흡착물질의 상이성으로 흡착제의 선택에 특이성이 있는 바, 본 발명은 친수성 말단기를 갖는 흡착제를 사용하여 물을 제거하고, 마이크로파를 이용하여 흡착제로부터 수분을 탈착하여 흡착제를 재생하는 것으로 이는 흡착제의 상기와 같은 특성에서 비롯된 것이다.
이러한 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저 분자체에, 표면개질 또는 이온교환된 흡착제를 충진시킨 흡착탑 내부로 물이 함유된 폐 극성용매를 공급하여 폐 극성용매 중에 함유된 물을 흡착시킨다.
본 발명에서 사용되는 수분이 함유된 폐 극성용매는 수분함유가 1 ∼ 40 중량%, 바람직하기로는 1 ∼ 15 중량% 범위로 다량이 함유된 것을 사용할 수 있다. 이러한 폐 극성용매는 구체적으로 알코올류, 케톤류, 에테르류 및 에스테르류 중에서 선택된 것을 사용할 수 있으며, 특히, 박막트랜지스터 액정디스플레이(TFT-LCD) 제조공정, 반도체 제조공정, 솔-젤(Sol-Gel process), 알콕사이드(alkoxide) 제조, 제약 및 유기합성 등에서 다량으로 발생되는 이소프로필 알코올(IPA)에 정제에 효과적이다.
상기 분자체는 입경은 작을수록 유리하나 흡착탑의 압력손실 등을 고려하여 구형 흡착제나 친수성 연결제를 사용한 익스트루드(extrude) 형태의 흡착제를 사용하는 것이 바람직하다. 흡착제의 세공분포에 있어서는 흡착물의 흡착제 내로의 확산을 빠르게 하기 위하여 미세세공(micro pore), 메조세공(meso pore), 및 거대세공(macro pore)이 적절하게 분포하도록 구성하여야 한다
이러한 흡착제는 세공크기가 1 ∼ 5 Å, 바람직하기로는 3 ∼ 5 Å 범위이고, 비표면적이 80 ∼ 1200 ㎡/g, 바람직하기로는 150 ∼ 1000 ㎡/g 이고, 특정의 분자체를 사용하는 바, 구체적으로 분자 세공체 3A, 5A, FAU(3) 등을 사용할 수 있다. 분자체의 세공크기가 1 Å 미만이면 효과적인 물질 전달 특성이 구현되기 어렵고, 5 Å을 초과하는 경우에는 선택적인 흡착 문제가 발생하며, 비표면적이 80 ㎡/g 미만이면 흡착능력이 작아 경제성이 감소하고 1200 ㎡/g을 초과하는 경우에는 흡착탑의 부피가 커져 과도한 장치비 문제가 발생한다.
본 발명은 이러한 분자체를 표면개질 또는 이온교환의 방법으로 수분 흡수력을 향상시켜 사용한다. 상기 표면개질은 친수성 말단기 구체적으로 -SO3H, COO- 등을 사용하여 수행하는 바, 이러한 표면개질은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 방법으로 특별히 한정하지는 않으나, 친수성 말단기를 가진 고분자 졸 용액과 분자 세공체를 균일하게 혼합하여 고온(< 200 ℃) 건조하거나, 묽은 황산(<10%)을 사용하여 가열 교반 및 세척 건조하여 제조할 수 있다.
상기 이온교환은 친수성 성질을 갖도록 흡착제 표면을 개질하는데 효과적인 Li+, Na+, 및 Ca2 + 등의 이온을 사용하여 수행하는 바, 상기 이온교환도 당 분야에서 일반적으로 사용되는 방법으로 특별히 한정하지는 않으나 흡착제 표면에 균일하게 이온 교환되고, 과도한 양의 흡착종으로 인하여 세공체 입구가 막히지 않도록 수행되는 것이 좋다.
상기한 표면개질과 이온교환법은 통상적으로 수행되는 방법이며, 구체적으로 제시된 것은 그 일례로 본 발명은 이러한 일례에 한정을 두지 않는다.
이때, 흡착공정이 보다 효과적으로 운전하기 위해서는 온도가 낮을수록 흡착탑에서 제거되는 물의 양이 증가되어 재생주기가 증가될 뿐만 아니라, 물의 제거 효율 또한 증가하게 된다. 따라서, 흡착온도는 -45 ∼ 25 ℃, 바람직하기로는 -25 ∼ 5 ℃의 온도범위에서 운전하는 것이 좋다. 상기 흡착온도가 -45 ℃ 미만이면 과도한 냉각기 운전에 따른 경제성이 감소하고 25 ℃를 초과하는 경우에는 흡착능이 감소하여 과도한 흡착탑 교체주기를 유지해야하는 문제가 발생하므로 상 기 범위를 유지하는 것이 좋다. 특히, 0 ℃ 이하의 온도에서는 흡착제에 흡착된 물이 탈착되는 속도가 매우 낮기 때문에 흡착제가 물로 완전히 포화될 때까지도 극성용매에 함유된 수분의 농도가 500 ppm 이하, 바람직하기로는 100 ∼ 500 ppm인 높은 수분 제거 효율을 나타낸다.
또한, 흡착제를 통과하는 흡착물의 유속 즉 공급속도 역시 흡착 효율을 결정하는 중요한 인자이며, 최적의 효율을 갖는 범위가 존재한다. 즉, 흡착효율은 유속을 낮게 하여 흡착물이 흡착제 내에서 체류하는 시간을 길게 할수록 물이 흡착할 수 있는 충분한 시간을 부여하기 때문에 유리하다. 흡착물인 물이 함유된 폐 극성용매의 공급속도는 0.05 L/hr/kg흡착제 ∼ 1.0 L/hr/kg흡착제 범위로 유지하는 바, 상기 공급속도가 0.05 L/hr/kg흡착제 미만이면 흡착탑의 운전 경제성이 떨어지고 1.0 L/hr/kg흡착제 범위를 초과하는 경우에는 충분한 흡착체류 시간이 부족하여 무수 극성용매를 얻는데 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
다음으로 물이 흡착된 흡착탑 내부를 -45 ∼ 25 ℃ 온도 범위로 유지하면서 동시에 마이크로파를 조사하여 물을 탈착시키는 공정을 수행한다.
본 발명이 흡착공정에 사용한 흡착제는 일정시간이 지나면 물로 포화되므로 일정 주기로 탈착공정을 수행하여 흡착제를 재생해 주어야 한다. 즉, 본 발명에서 사용된 흡착제의 흡착능인 0.15 ∼ 0.3 (kg물)/(kg흡착제)의 물이 흡착되어 포화되면, 흡착탑의 하부로 들어오는 폐 극성용매의 유입을 중단하고 물이 흡착된 흡착탑 내부를 -45 ∼ 25 ℃ 온도 범위로 유지하면서 동시에 마이크로파를 조사하여 물을 탈착시켜 흡착제를 재생한다. 본 발명이 특징으로 하는 흡착제에 의한 수분 흡착공정과 물로 포화된 흡착제의 탈착 과정은 하나의 흡착탑 내에서 연속적으로 이루어진다.
또한, 하나의 흡착탑내에서 이루어지는 연속적인 흡착 및 탈착공정은 2개 이상의 복수개의 흡착탑을 동시에 사용하여 하나의 흡착탑에서 흡착공정을 수행하는 동안 다른 흡착탑에서는 탈착에 의한 흡착제 재생공정을 수행하면서 폐 극성용매가 복수개의 흡착탑을 연속적으로 이송하면서 수분 흡착과정을 수행하면 보다 짧은 시간에 폐 극성용매내의 수분을 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 흡착제가 물로 포화된 흡착탑에는 질소를 흘리면서, 1 mm ∼ 1 m 크기의 마이크로파를 조사함으로서 단시간 내에 흡착된 물을 탈착시켜 흡착탑을 재생한다. 이때, 상기 마이크로파는 0.05 kW/kg흡착제 ∼ 100 kW/kg흡착제, 1 ∼ 5 시간동안 조사하는 조건하에서 수행된다. 상기 조건은 효과적인 물 탈착을 위한 것으로 상기 범위내에서 수행되는 것이 좋은 바, 조사량이 0.05 kW/kg 흡착제 미만이면 재생 특성이 감소하고, 100 kW/kg흡착제를 초과하는 경우에는 과도한 장치비에 따른 경제성이 부족해지는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
종래에는 흡착제를 탈착하기 위하여 여러 가지 열전달 매체를 이용하는 방법을 널리 사용하였으나, 본 발명은 마이크로파를 조사하는 손쉬운 방법으로 효과적인 탈착 공정을 수행한다. 종래에는 여러 가지 탈착을 위한 별도의 공정이 수행되었으나, 이러한 방법은 흡착제에 흡착된 흡착물질의 탈착효율이 낮은 문제가 있어 효율적인 면이나 경제적인 면에서의 효과를 가지지 못하였다. 반면에, 본 발명의 탈착공정은 후처리를 위한 별도의 다른 공정을 사용하지 않으며, 단시간에 재생이 가능하므로 흡착과 탈착의 주기를 단축시키고, 자유로운 탈착공정의 수행이 가능하여 종래의 흡착 효과 향상을 위한 흡착탑의 부피 증가에 대한 고려를 할 필요가 없다.
본 발명의 폐 극성용매의 처리방법에서는 2개 이상의 복수개의 흡착탑을 사용하여 연속적인 폐 극성용매의 정제/흡착제의 재생 사이클을 반복하여, 폐 극성용매 내의 수분을 보다 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 재생된 흡착탑에 폐 극성용매가 유입되면 일정시간 동안 흡착탑 공극을 채우는 시간이 소요되고, 이는 생산성 감소를 초래할 수도 있다. 이러한 경우는 3개 이상의 흡착탑을 설치하여 운전함으로써 상기 문제를 해결할 수 있고, 또는 흡착탑 2의 정제 과정이 종료되기 전에 재생된 흡착탑 1에 폐 극성용매를 일부 공급함으로서 이러한 문제를 해결할 수 있다.
이상은 본 발명의 구성 및 내용을 설명하고 있으며 이하의 내용은 그 실시 예를 구체적으로 설명하고 있다. 그러나 본 발명의 특허청구범위가 하기에 제시된 실시예에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 될 것이다.
이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
시험예 1 : 흡착제의 선택 및 흡착 성능 실험
다음 표 1은 각기 다른 Si/Al비의 제올라이트[FAU(3,30), MOR(5, 60), MFI(25, 75)], 분자체(3A, 5A) 및 벤토나이트 등의 분자 세공체 9종의 표면적과 수분함유량을 정리하였다. 이때, 상기 수분함유량은 상온(25 ℃)에서 분자 세공체 자체의 수분 함유량을 나타내었으며, 수분함유량은 Karl Fischer 수분 측정기(coulometric type)로 측정하였다.
Figure 112007073428791-pat00001
다음 도 1 및 도 2는 상온(25 ℃)에서 수분이 함유된 IPA 용액의 변화량에 따른 상기 각각의 분자체에 흡착된 수분 함유량을 나타낸 것이다. 상기 도 1 및 도 2의 결과로부터 높은 수분 흡착능력을 나타낸 분자 세공체는 3A, 5A 및 FAU(3)임을 확인할 수 있었다.
시험예 2 : 흡착제의 표면개질 및 이온교환 후 흡착 성능 실험
상기 수분 흡착능력이 비교적 높은 3A, 5A 분자 세공체는 친수성 표면개질을 수행하여 3A-HPhi, 5A-HPhi을 제조하였다. 상기 표면개질은 일반적으로 알려진 플라즈마를 이용한 친수성 표면개질법을 사용하였는 바, 구체적으로는 상온(20 ℃) 상압하에서 300 W의 전압을 인가하고, 산소를 5 L/min의 유속으로 흘리며 3분 동안 처리하였다.
또한, FAU(3)에 대해서는 각각 Li+, Na+, Ca2 + 등의 이온이 교환된 FAU-Li, FAU-Na, FAU-Ca을 제조하였다. 상기 이온교환은 FAU 구조 내 알루미늄 대비 각 금속 비가 1 : 1 몰비가 되도록 전구체 양을 결정하고, 이를 충분한 양의 증류수에 녹인 후 흡착제를 상온에서 6시간 교반 후 필터 및 건조하여 사용하였다.
상기 친수성 표면개질 및 이온교환된 분자 세공체인 3A-HPhi, 5A-HPhi, FAU-Li, FAU-Na 및 FAU-Ca 등을 사용하여 수분 흡착능력을 측정하고, 그 결과를 다음 도 3 및 4에 나타내었다. 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 표면개질 및 이온교환 전에 비해 분자 세공체의 수분흡착량이 50% 이상 증가하였음을 확인할 수 있었다.
실시예 1 : 0 ℃에서의 폐 IPA 정제실험
다음 도 7에 나타낸 바와 같은 공정도를 이용하여 반응을 수행하였다.
2 개의 흡착탑에, 상기 시험예 2에서 친수성 표면개질된 3A-HPhi 분자체 700 ㎏ 충진한 흡착탑에 1 중량%의 수분을 함유한 IPA를 0 ℃로 유지된 흡착탑으로 3 L/min의 유속으로 도입하였다. 흡착탑을 통과시켜 1730 L까지 얻어진 무수 IPA에 함유된 수분 함유량은 240 ppm으로 초순도의 무수 IPA이었다.
상기 흡착탑 출구에서의 무수 IPA의 수분 함량 및 얻어진 IPA 양을 시간에 따라 측정하여 그 결과를 다음 도 5에 나타내었다.
이때, 우선, 두개의 흡착탑 중 하나만을 이용하여 흡착물을 흘려주었으며, 8시간 동안 운전한 후 흡착제가 물로 포화되면 흡착물의 유입을 중단하고, 350 kW, 1시간 동안 마이크로파를 조사하여 흡착제를 재생하였으며, 재생기간동안 다음 흡착탑을 사용하여 흡착-탈착공정이 연속적으로 진행되도록 하였다. 이때, 마이크로파를 조사하는 중 온도는 약 5 ℃로 유지되었다.
다음 도 8은 상기 마이크로파를 이용한 흡착제의 재생 사이클을 나타낸 것으로 운전시간 변화에 따른 정제된 IPA 수분 함유량을 나타낸 것이다.
실시예 2 : 0 ℃에서의 폐 IPA 정제실험
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 다음 표 2에 기재된 분자체를 사용하고, 마이크로파 조사 조건하에서 흡착 및 탈착 반응을 수행하였다.
Figure 112007073428791-pat00002
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 개질된 흡착제를 마이크로파 재생법을 통해 경제적으로 재생할 수 있었다.
실시예 3 : -5 ℃에서의 IPA 흡착실험
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 흡착탑의 온도를 -5 ℃로 유지하여 흡착 및 탈착을 수행하였다.
상기 흡착탑을 통과시켜 얻어진 무수 IPA에 함유된 수분 함유량은 250 ppm으로 순도가 99.99 중량% 이상의 초순도의 무수 IPA이었으며, 이때 얻어진 무수 IPA 양은 2470 L 이었다.
상기 흡착탑 출구에서의 무수 IPA의 수분 함량 및 얻어진 IPA 양을 시간에 따라 측정하여 그 결과를 다음 도 6에 나타내었다.
상기 실시예 1의 결과와 비교할 때, 흡착탑의 온도를 5 ℃ 낮춤으로 인하여 수분함유량은 9 중량% 낮아졌으며, 무수 IPA 생산량은 43 중량% 증가하였다.
실시예 4 : -5 ℃에서의 IPA 흡착실험
상기 실시예 3과 동일하게 실시하되, 다음 표 3에 기재된 분자체를 사용하고, 마이크로파 조사 조건하에서 흡착 및 탈착 반응을 수행하였다.
Figure 112007073428791-pat00003
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 개질된 흡착제를 마이크로파 재생법을 통해 경제적으로 재생할 수 있었다.
비교예 1 : 가열 재생법에 의한 연속 IPA 정제
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 마이크로파 대신에 흡착탑 주위의 재킷(jacket)에 170 ℃ 수증기를 흘려주어 가열 재생하였다.
다음 도 9는 연속식 흡착-탈착 공정을 통하여 생산하되, 상기 탈착은 가열재생법에 의해 수행한 것으로, 무수 IPA의 시간에 따른 수분 함유량을 나타낸다. 그러나 가열 방식의 재생 방법을 사용하기 때문에 많은 시간이 소요되어, 상기 실시예 1의 마이크로파를 사용한 도 8과 같이 흡착탑 전환과정 후 흡착정제가 연속적으로 이루어지지 못한다는 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 가열방식의 흡착탑 정제는 흡착된 물을 완전히 제거하지 못하는 단점이 있기 때문에 도 9와 같이 흡착탑 재생 주기가 짧아 생산성이 떨어지는 문제가 있다.
도 1은 상온(25 ℃)에서 수분이 함유된 IPA 용액의 변화량에 따른 MFI(75), 분자체(3A), 분자체(5A) 및 분자체(13X)에 흡착된 수분함유량을 나타낸 것이다.
도 2는 상온(25 ℃)에서 수분이 함유된 IPA 용액의 변화량에 따른 벤토나이트, BEA(75), MOR(60) 및 FAU(3)에 흡착된 수분함유량을 나타낸 것이다.
도 3은 상온(25 ℃)에서 수분이 함유된 IPA 용액의 변화량에 따른 친수성 표면개질된 분자 세공체인 3A-HPhi과 5A-HPhi에 흡착된 수분함유량을 나타낸 것이다.
도 4는 상온(25 ℃)에서 수분이 함유된 IPA 용액의 변화량에 따른 친수성 표면개질된 분자 세공체인 FAU-Li, FAU-Na 및 FAU-Ca에 흡착된 수분함유량을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1(0 ℃)에서 흡착탑 출구에서의 무수 IPA의 수분 함유량 및 정제하여 얻어진 IPA 양을 시간에 따라 측정하여 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 3(-5 ℃)에서 흡착탑 출구에서의 무수 IPA의 수분 함유량 및 정제하여 얻어진 IPA 양을 시간에 따라 측정하여 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 연속적인 흡착 및 탈착 공정도를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 실시예 1에서 마이크로파를 이용한 탈착공정으로 흡착제의 재생 사이클을 나타낸 것으로 운전시간 변화에 따른 정제된 IPA 수분 함유량을 나타낸 것이다.
도 9는 비교예 1에서 가열재생을 이용한 탈착공정으로 흡착제의 재생 사이클을 나타낸 것으로 운전시간 변화에 따른 정제된 IPA 수분 함유량을 나타낸 것이다.

Claims (6)

  1. 세공크기가 1 ∼ 5 Å이고, 비표면적이 80 ∼ 1200 ㎡/g인 분자체의 표면이 친수성기에 의해 표면개질된 흡착제를 충진시킨 흡착탑 내부로 물이 함유된 폐 극성용매를 공급하여 폐 극성용매 중에 함유된 물을 -45 ∼ 25 ℃ 온도 범위에서 흡착시키는 공정과,
    상기 물이 흡착된 흡착탑 내부를 -45 ∼ 25 ℃ 온도 범위로 유지하면서 동시에 마이크로파를 조사하여 물을 탈착시키는 공정이
    포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 흡·탈착 공정을 이용한 폐 극성용매의 처리방법.
  2. 세공크기가 1 ∼ 5 Å이고, 비표면적이 80 ∼ 1200 ㎡/g인, 분자체의 표면이, Li+, Na+, 및 Ca2 + 이온에 의해 이온교환된 흡착제를 충진시킨 흡착탑 내부로 물이 함유된 폐 극성용매를 공급하여 폐 극성용매 중에 함유된 물을 -45 ∼ 25 ℃ 온도 범위에서 흡착시키는 공정과,
    상기 물이 흡착된 흡착탑 내부를 -45 ∼ 25 ℃ 온도 범위로 유지하면서 동시에 마이크로파를 조사하여 물을 탈착시키는 공정이
    포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 흡·탈착 공정을 이용한 폐 극성용매 의 처리방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폐 극성용매중 물은 1 ∼ 40 중량% 함유된 것을 특징으로 하는 흡·탈착 공정을 이용한 폐 극성용매의 처리방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 흡·탈착 공정이 수행된 폐 극성용매는 물 함유량이 100 ∼ 500 ppm인 것을 특징으로 하는 폐 극성용매의 처리방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 물이 함유된 폐 극성용매의 공급속도는 0.05 L/hr/kg흡착제 ∼ 1.0 L/hr/kg흡착제 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 폐 극성용매의 처리방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 흡·탈착 공정은 하나의 흡착탑 내부에서 연속적으로 이루어지며, 상기 흡착탑은 하나 또는 복수개의 흡착탑을 연결하여 사용하는 것을 특징으로 하는 폐 극성용매의 처리방법.
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