KR101577573B1 - 질산암모늄 제조 공정용 스크러버 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질산암모늄 제조 공정용 스크러버 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질산암모늄 반응기에서 배출되는 배출 가스 및 수증기를 처리할 뿐만 아니라, 반응기의 온도 조절용 냉각수 및 공정용 증기로 재사용할 수 있는 스크러버 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 질산암모늄 제조 공정용 스크러버 시스템에 의하면 질산암모늄 반응기에서 배출되는 배출가스 중의 질산암모늄 미세입자와 암모니아 가스를 동시에 제거할 수 있으며, 수증기는 순환되어 공정용 증기 및 스크러버의 세정수로 재사용되고, 스크러버에 사용되는 세정수는 반응기 온도 제어용 냉각수로 재사용될 수 있어 제조 공정의 에너지 효율 증가에 기여하게 된다.

Description

질산암모늄 제조 공정용 스크러버 시스템 {SCRUBBER SYSTEM FOR MANUFACTURING AMMONIUM NITRATE}

본 발명은 질산암모늄 제조 공정용 스크러버 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질산암모늄 반응기에서 배출되는 배출 가스 및 수증기를 처리할 뿐만 아니라, 반응기의 온도 조절용 냉각수 및 공정용 증기로 재사용할 수 있는 스크러버 시스템에 관한 것이다.

질산암모늄(초안, NH₄NO₃)은 저가이면서 뛰어난 물리 화학적 특성을 갖고 있어 고체 에너지 물질로서 매우 중요한 위치를 차지하고 있다. 대기압, 실온에서 백색 결정상의 고체를 띄는 초안은 농업에서 고질소 비료로 사용되고 있으며, 산업용 폭약, 냉각제, 효모배양의 양분 또는 인쇄 용도 등으로 사용된다.

질산암모늄 반응기에 공급된 65% 질산 용액과 암모니아 가스의 중화 반응으로 90% 질산암모늄 용액이 생성되는데, 이는 발열반응으로서 반응기 내부의 반응 온도는 190℃ 정도로 상승한다. 지속적인 질산암모늄 제조 반응으로 반응기 온도가 지나치게 상승하지 않도록 하기 위해 반응기에 80℃ 정도의 냉각수를 추가로 유입시켜 반응기 온도가 160℃ 내외로 유지되도록 제어하고 있다.

한편, 상기와 같이 반응기가 고온으로 운전됨에 따라 질산 용액 중의 수분이 증발하여 반응기 상부로 배출되는데, 배출가스에는 수증기뿐만 아니라 질산암모늄 미세입자(dust)와 미량의 암모니아 가스도 포함되어 있어서 배출가스 제거 공정이 필수적이다.

종래 질산암모늄 반응기 상단에는 미세입자 제거장치(dust eliminator)가 설치되어 있어 질산암모늄 미세입자를 제거할 수 있었다. 그러나 미반응된 암모니아 가스는 수분에 흡수되어 수증기와 함께 반응기 상부로 배출되기 때문에 이를 응축시킴으로써 일부는 반응기 냉각수로 사용하고, 잔량은 폐수로 배출함에 따라 폐수 중의 TN 농도가 500 ppm 이상 발생하는 문제가 있었다.

또한 반응기에서 발생하는 수증기가 외부로 원활히 배출되지 못할 경우, 반응기 내부에서 생산되는 질산암모늄의 농도가 낮아지는 문제가 발생한다.

따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 질산암모늄 반응 공정 중 배출되는 가스에 포함된 질산암모늄 미세입자와 미량의 암모니아 가스를 동시에 제거하면서, 반응기로부터 배출되는 수증기와 스크러버 세정수를 공정용 증기 및 반응기의 온도 조절용 냉각수로 재사용할 수 있도록 하는 스크러버 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 질산 용액과 암모니아 가스의 중화 반응으로 질산암모늄이 생성되는 반응기, 질산암모늄 생성 과정에서 배출되는 배기가스 및 수증기를 처리하는 스크러버, 상기 스크러버 일측에 설치되며 질산암모늄 반응기로부터 배출되는 배출가스 및 수증기가 유입되는 가스 유입관, 상기 스크러버 타측에 설치되며 세정수(scrubbing water)가 유입되는 세정수 유입관, 상기 스크러버 상부에 설치되며 잔여 수증기가 배출되는 배기관, 상기 배기관의 타측 단부에 연결되며 유입된 잔여 수증기를 응축시켜 공정 응축수로 배출시키는 응축기, 상기 응축기로부터 세정수 유입관으로 공정 응축수를 이송시키는 이송관, 상기 스크러버 하부에 설치되며 배출가스 중 질산암모늄 미세입자 및 미량의 암모니아 처리에 사용된 순환수가 배출되는 배수관, 상기 배수관 및 세정수 유입관에 각각 연결되어 스크러버로부터 배출된 순환수를 스크러버에 유입시킴으로써 재사용하도록 하는 순환수 펌프 및 상기 세정수 유입관 일측에 형성되어 순환수 중 일부를 반응기 온도 제어용 냉각수로 사용하기 위해 반응기로 유입시키는 냉각수 순환관이 구비되는 것을 특징으로 하는 질산암모늄 제조 공정용 스크러버 시스템을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 반응기 운전 온도는 75 내지 85℃의 냉각수에 의해 150 내지 170℃로 유지되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 순환수는 질산용액에 의해 pH 2 내지 3으로 조절되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 질산암모늄 제조 공정용 스크러버 시스템에 의하면 질산암모늄 반응기에서 배출되는 배출가스 중의 질산암모늄 미세입자와 암모니아 가스를 동시에 제거할 수 있으며, 수증기는 순환되어 공정용 증기 및 스크러버의 세정수로 재사용되고, 스크러버에 사용되는 세정수는 반응기 온도 제어용 냉각수로 재사용될 수 있어 제조 공정의 에너지 효율 증가에 기여하게 된다.

도 1은 종래 미세입자 제거장치(dust eliminator)가 설치된 질산암모늄 반응 공정의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스크러버 시스템을 포함하는 질산암모늄 반는 공정의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 질산암모늄 제조 공정용 스크러버 시스템을 간략히 나타낸 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래 미세입자 제거장치(dust eliminator)가 설치된 질산암모늄 반응 공정의 개념도이다. 상기에서 설명한 바와 같이 종래 미세입자 제거장치는 질산암모늄 반응기로부터 배출되는 질산암모늄 미세입자를 제거하며, 수증기와 함께 배출된 암모니아는 응축기에서 응축되어 일부는 반응기 온도 제어용 냉각수로 사용되고, 나머지는 폐수로 배출되는 시스템이다. 이와 같은 종래 미세입자 제거장치에서는 TN 농도가 높은 폐수가 발생할 뿐만 아니라, 질산암모늄 미세입자와 미반응 암모니아 가스를 완전히 처리할 수 없다는 문제점이 있다.

도 2는 본 발명에 따른 스크러버 시스템을 포함하는 질산암모늄 제조 공정을 나타낸 것으로서, 종래 미세입자 제거 장치를 포함하는 공정과 달리 스크러버 내부에서 세정수(scrubbing water)에 의해 질산암모늄 미세입자와 미량의 암모니아 가스를 동시에 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 순환수 펌프를 통해 스크러버에서 배출되는 순환수를 스크러버의 세정수 또는 반응기의 냉각수로 재사용할 수 있으며, 잔여 수증기를 공정 응축수로 재사용할 수 있게 되었다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 질산암모늄 제조 공정용 스크러버 시스템의 구성을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 질산암모늄 제조 공정용 스크러버 시스템은 질산암모늄 반응기, 스크러버, 가스 유입관, 세정수 유입관, 배기관, 응축기, 이송관, 배수관, 순환수 펌프 및 냉각수 순환관이 구비된다.

먼저, 질산암모늄 반응기에서는 65% 질산 용액과 암모니아 가스의 중화반응에 의해 90% 질산암모늄 용액이 생성된다. 질산과 암모니아 가스의 중화반응은 발열 반응으로서 반응 온도는 약 190℃로 매우 고온에서 이루어지며, 이로 인해 질산용액 중의 수분이 증발하여 반응기 상부로 배출된다. 또한 질산암모늄 미세입자(dust)와 미반응 암모니아 가스가 수증기와 함께 반응기 상부로 배출되는데, 이와 같은 배기가스는 환경 오염의 원인이 될 수 있기 때문에 스크러버로 유입되어 처리된다.

상기 질산암모늄 반응기에서 배출되는 배기가스 및 수증기는 가스 유입관을 통해 스크러버로 유입된다. 동시에 스크러버의 타측에 형성된 세정수 유입관을 통해 질산암모늄 미세입자와 암모니아 가스를 제거하기 위한 세정수(scrubbing water)가 유입된다. 상기 배기가스에 포함된 질산암모늄 미세입자는 세정수에 용해되어 제거된다. 암모니아 가스는 세정수 또는 스크러버 순환수에 의해 질산암모늄으로 회수될 수 있는데, 이를 위해서는 스크러버에서 배출되어 다시 스크러버로 공급되는 순환수에 질산 용액을 첨가하여 pH 2~3으로 조절시켜야 한다.

한편 상기 질산암모늄 반응기에서 배출되는 수증기는 약 110℃의 고온이며, 가스 유입관을 통해 배기가스와 함께 스크러버 내부로 유입되어 공정용 증기(process steam)로 사용될 수 있다. 잔량의 수증기는 스크러버 상부에 설치된 배기관을 통해 응축기로 배출된다.

응축기는 스크러버로부터 배출된 증기를 응축시켜 공정 응축수로 만드는 역할을 한다. 상기 공정 응축수는 이송관을 거쳐 세정수 유입관으로 이송되어 세정수로 사용될 수 있다.

스크러버로 유입되어 질산암모늄 미세입자 및 암모니아 가스 제거에 사용되는 세정수는 약 80℃로서 반응기 온도 제어용 냉각수로 적합하기 때문에 일부는 냉각수 순환관을 통해 반응기로 유입될 수 있다. 상기 질산암모늄 반응기는 고온 반응에 의한 과열을 막고, 반응이 원활하게 지속되도록 하기 위해 약160℃ 온도를 유지시켜야 한다. 이를 위해 일반적인 질산암모늄 반응 공정에서는 반응기에 추가로 약 80℃의 냉각수를 공급시킴으로써 온도를 제어할 수 있었다. 본 발명에서는 스크러버에 사용되는 세정수 중 일부를 냉각수 순환관을 통해 반응기에 공급하여 냉각수로 재사용할 수 있기 때문에, 추가적인 냉각수 공급을 절약할 수 있다.

상기 스크러버 내부에서 질산암모늄 미세입자 및 암모니아 가스 처리에 사용된 세정수는 스크러버 하부에 설치된 배수관을 통해 배출되며, 배출된 세정수(순환수)는 순환수 펌프에 의해 다시 스크러버 내부로 공급되어 재사용되거나, 냉각수 순환관을 통해 반응기로 공급되어 냉각수로 재사용될 수 있다.

이상에서는 본 발명을 일실시예에 따라 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않는 한 수정, 변경할 수 있다. 따라서 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에 속한 사람이 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 한다.

Claims (3)

1. 질산 용액과 암모니아 가스의 중화 반응으로 질산암모늄이 생성되는 반응기;
   질산암모늄 생성 과정에서 배출되는 배기가스 및 수증기를 처리하는 스크러버;
   상기 스크러버 일측에 설치되며 질산암모늄 반응기로부터 배출되는 배출가스 및 수증기가 유입되는 가스 유입관;
   상기 스크러버 타측에 설치되며 세정수(scrubbing water)가 유입되는 세정수 유입관;
   상기 스크러버 상부에 설치되며 잔여 수증기가 배출되는 배기관;
   상기 배기관의 타측 단부에 연결되며 유입된 잔여 수증기를 응축시켜 공정 응축수로 배출시키는 응축기;
   상기 응축기로부터 세정수 유입관으로 공정 응축수를 이송시키는 이송관;
   상기 스크러버 하부에 설치되며 배출가스 중 질산암모늄 미세입자 및 미량의 암모니아 처리에 사용된 순환수가 배출되는 배수관;
   상기 배수관 및 세정수 유입관에 각각 연결되어 스크러버로부터 배출된 순환수를 스크러버에 유입시킴으로써 재사용하도록 하는 순환수 펌프; 및
   상기 세정수 유입관 일측에 형성되어 순환수 중 일부를 반응기 온도 제어용 냉각수로 사용하기 위해 반응기로 유입시키는 냉각수 순환관이 구비되는 것을 특징으로 하는 질산암모늄 제조 공정용 스크러버 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 반응기 운전 온도는 75 내지 85℃의 냉각수에 의해 150 내지 170℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 질산암모늄 제조 공정용 스크러버 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 순환수는 질산용액에 의해 pH 2 내지 3으로 조절되는 것을 특징으로 하는 질산암모늄 제조 공정용 스크러버 시스템.
   

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