KR102059553B1 - 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비 - Google Patents

육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하는 배기가스에 포함된 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)을 처리하는 배기가스 처리설비로서, 상기 배기가스에 포함된 염화수소, 불화수소 및 오불화인을 중화시켜서 처리하는 중화 장치; 상기 중화 장치로부터 가스를 배출시키는 배기 장치; 및 상기 배기 장치보다 하류에 배치되어서 상기 중화 장치로부터 배출되는 가스에 포함된 상기 오불화인을 전기집진 방식으로 포집하여 처리하는 전기 집진기를 포함하며, 상기 중화 장치는, 상기 배기가스가 유입되는 제1 저장공간과, 상기 배기 장치와 연결되는 제2 저장공간과, 상기 제2 저장공간에 위치하고 상기 제1 저장공간과 연통되는 아토마이징부를 구비하고, 상기 제1 저장공간과 상기 제2 저장공간에 상기 염화수소, 상기 불화수소 및 상기 오불화인과 반응하여 중화시키는 중화 반응액이 저장되며, 상기 배기 장치의 작동에 의해, 상기 제2 저장공간에 음압이 형성되어서 상기 제2 저장공간의 수위가 높아지고, 상기 제1 저장공간의 수위가 낮아짐으로써, 상기 제1 저장공간의 가스는 상기 아토마이징부에 의해 마이크로 버블을 형성하며 상기 제2 저장공간으로 분사되는, 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비가 제공된다.

Description

육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비 {EXHUAST GAS TREATMENT EQUIPMENT FOR LITHIUM HEXAFLUORO PHOSPHATE MANUFACTURING PROCESS}
본 발명은 배기가스 처리 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하는 배기가스를 처리하는 기술에 관한 것이다.
육불화인산리튬(LiPF6)은 2차 전지의 전해질이나 유기물 합성용 반응 촉매 등으로 사용되는 물질로서, 안정성이 높고 전기적 특성이 우수하여 특히 리튬 2차 전지의 전해질로 주로 이용되고 있다.
육불화인산리튬(LiPF6)은 일반적으로 출발원료로서 오염화인(PCl5), 불화리튬(LiF), 불화수소(HF) 등을 사용하며, 최종 반응에서 오불화인(PF5)과 불화리튬(LiF)을 불산 용액 존재 하에서 반응시켜 합성하고 있으며, 반응 합성 후, 결정화 및 여과를 통해 최종적으로 제품화하고 있다.
육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)과 같은 유해 성분을 포함하는 배기가스가 발생하고 있는 바, 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하는 배기가스를 효율적으로 처리하기에 적합한 기술이 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-1636373호 "산성가스를 처리하기 위한 스크러버" (2016.07.05.)
본 발명의 목적은 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하는 배기가스를 처리하는 배기가스 처리설비를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하는 배기가스에 포함된 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)을 처리하는 배기가스 처리설비로서, 상기 배기가스에 포함된 염화수소, 불화수소 및 오불화인을 중화시켜서 처리하는 제1 중화 장치; 상기 제1 중화 장치로부터 가스를 배출시키는 제1 배기 장치; 상기 제1 배기 장치에 의해 상기 제1 중화 장치로부터 배출된 가스에 포함된 염화수소, 불화수소 및 오불화인 중화시켜서 처리하는 제2 중화 장치; 상기 제2 중화 장치로부터 가스를 배출시키는 제2 배기 장치; 및 상기 배기가스에 포함된 상기 오불화인을 전기집진 방식으로 포집하여 처리하는 전기 집진부를 포함하며, 상기 제1 중화 장치와 상기 제2 중화 장치 각각은, 가스가 유입되는 흡기구와 연통되는 제1 저장공간과, 가스가 배출되는 배기구와 연통되는 제2 저장공간과, 상기 제2 저장공간에 위치하고 상기 제1 저장공간과 연통되는 아토마이징부를 구비하고, 상기 제1 저장공간과 상기 제2 저장공간에 상기 염화수소, 상기 불화수소 및 상기 오불화인과 반응하여 중화시키는 중화 반응액이 저장되며, 상기 제1 배기 장치 및 상기 제2 배기 장치의 작동에 의해, 상기 제2 저장공간에 음압이 형성되어서 상기 제2 저장공간의 수위가 높아지고, 상기 제1 저장공간의 수위가 낮아짐으로써, 상기 제1 저장공간의 가스는 상기 아토마이징부에 의해 마이크로 버블을 형성하며 상기 제2 저장공간으로 분사되는, 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하는 배기가스에 포함된 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)을 처리하는 배기가스 처리설비로서, 상기 배기가스에 포함된 염화수소, 불화수소 및 오불화인을 중화시켜서 처리하는 중화 장치; 상기 중화 장치로부터 가스를 배출시키는 배기 장치; 및 상기 배기 장치보다 하류에 배치되어서 상기 중화 장치로부터 배출되는 가스에 포함된 상기 오불화인을 전기집진 방식으로 포집하여 처리하는 전기 집진기를 포함하며, 상기 중화 장치는, 상기 배기가스가 유입되는 제1 저장공간과, 상기 배기 장치와 연결되는 제2 저장공간과, 상기 제2 저장공간에 위치하고 상기 제1 저장공간과 연통되는 아토마이징부를 구비하고, 상기 제1 저장공간과 상기 제2 저장공간에 상기 염화수소, 상기 불화수소 및 상기 오불화인과 반응하여 중화시키는 중화 반응액이 저장되며, 상기 배기 장치의 작동에 의해, 상기 제2 저장공간에 음압이 형성되어서 상기 제2 저장공간의 수위가 높아지고, 상기 제1 저장공간의 수위가 낮아짐으로써, 상기 제1 저장공간의 가스는 상기 아토마이징부에 의해 마이크로 버블을 형성하며 상기 제2 저장공간으로 분사되는, 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비가 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하는 배기가스에 포함된 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)을 중화 장치에서 중화반응에 의해 처리되고, 중화 장치에서 일부 미반응된 오불화인(PF5)은 전기 집진부에 의해 포집되어 처리된다.
또한, 염화수소(HCl), 오불화인(PF5) 및 불화수소(HF)가 중화되는 중화 장치에서 배기가스가 아토마이징부에 의해 중화 반응액 내에서 마이크로버블을 형성함으로써 중화 반응 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 중화 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 제2 중화 장치의 구성을 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
먼저, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 구성 중심으로 상세하게 설명한다. 도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비의 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비(100)는 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하여 배출되는 배기가스에 포함된 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)을 처리하기 위한 것으로서, 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)를 중화시켜서 처리하는 중화 처리부(110)와, 중화 처리부(110)로부터 배출되는 가스에 함유된 약간의 오불화인(PF5)을 전기집진 방식으로 포집하여 처리하는 전기 집진부(190)를 포함한다.
중화 처리부(110)는 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하여 배출되는 배기가스에 포함된 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)을 중화시켜서 처리한다. 중화 처리부(110)는 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)이 중화 반응액과 반응하여 중화되는 제1 중화 장치(120)와, 제1 중화 장치(120)로부터 가스를 배출시키는 제1 배기 장치(130)와, 제1 중화 장치(120)에 중화 반응액을 공급하는 제1 반응액 공급 장치(140)와, 제1 중화 장치(120)로부터 배출되는 가스에 함유된 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)이 중화 반응액과 반응하여 중화되는 제2 중화 장치(150)와, 제2 중화 장치(150)로부터 가스를 배출시키는 제2 배기 장치(160)와, 제2 중화 장치(150)에 중화 반응액을 공급하는 제2 반응액 공급 장치(170)와, 제1 반응액 공급 장치(140)와 제2 반응액 공급 장치(170)에 중화 약품을 공급하는 약품 공급 장치(180)와, 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스의 일부를 제1 중화 장치(120)로 순환시키는 가스 순환 장치(180a)를 구비한다.
제1 중화 장치(120)는 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하여 배출되는 배기가스에 포함된 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)을 중화시켜서 처리한다. 도 2에는 제1 중화 장치(120)의 구성이 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 제1 중화 장치(120)는 내부에 염화수소(HCl)와 불화수소(HF)를 중화시키는 중화 반응액이 저장되는 내부 공간(120a)을 제공한다. 본 실시예에서 중화 반응액은 수산화나트륨(NaOH)('가성소다'라고도 함), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 등의 알칼리약품 수용액인 것으로 설명한다. 제1 중화 장치(120)의 내부 공간(120a)은 구획벽(121)에 의해 횡방향(수평방향)을 따라서 배치되는 제1 저장공간(121a)과 제2 저장공간(121b)으로 구획된다. 구획벽(121)의 하부에는 제1 저장공간(121a)과 제2 저장공간(121b)을 연통시키는 연결 통로(121c)가 형성된다. 제1 저장공간(121a)의 상단에는 제1 저장공간(121a)과 연통되고 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하여 배출되고 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)을 포함하는 배기가스 및 제1 반응액 공급 장치(140)로부터 공급되는 중화 반응액이 유입되는 흡기구(122a)가 형성되고, 제2 저장공간(121b)의 상단에는 제2 저장공간(121b)과 연통되고 가스가 배출되는 배기구(122b)가 형성된다. 배기구(122b)에는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 배기 장치(130)가 연결된다.
제1 중화 장치(120)는 제1 저장공간(121a)에 위치하는 수조(123)와, 제1 저장공간(121a)에 위치하는 제1 수류관(124)과, 제1 저장공간(121a)에 위치하는 혼합통(125)과, 제1 저장공간(121a)에 위치하는 제2 수류관(126)과, 제2 저장공간(121b)에 위치하는 아토마이징부(127)와, 제2 저장공간(121b)에 위치하는 복수 개의 차단판들(128)과, 제2 저장공간(121b)에 위치하는 엘리미네이터(eliminator)(129)를 구비한다.
수조(123)는 제1 저장공간(121a)에서 유입구(122a)의 아래에 인접하여 위치한다. 수조(123)에는 제1 반응액 공급 장치(140)로부터 공급되는 중화 반응액이 일시 저장된다.
제1 수류관(124)은 제1 저장공간(121a)에서 수조(123)의 아래에 위치한다. 제1 수류관(124)은 아래로 갈수록 좁아지는 형상이며, 제1 수류관(124)의 하단에는 중화 반응액과 흡기구(122a)를 통해 유입된 가스를 아래로 배출하는 제1 배출구(124a)가 형성된다. 제1 수류관(124)을 따라서 가스와 중화 반응액이 제1 배출구(124a)를 향해 아래로 유동하면서 가스와 중화 반응액 사이의 접촉 면적이 증가한다.
혼합통(125)은 제1 저장공간(121a)에서 제1 수류관(124)에 형성된 제1 배출구(124a)의 아래에 위치한다. 혼합통(125)에는 제1 배출구(124a)를 통해 배출된 가스와 중화 반응액이 일시 저장된다.
제2 수류관(126)은 제1 저장공간(121a)에서 혼합통(125)의 아래에 위치한다. 제2 수류관(126)은 아래로 갈수록 좁아지는 형상이며, 제2 수류관(126)의 하단에는 중화 반응액과 가스를 아래로 배출하는 제2 배출구(126a)가 형성된다. 제2 수류관(126)을 따라서 가스와 중화 반응액이 제2 배출구(126a)를 향해 아래로 유동하면서 가스와 중화 반응액 사이의 접촉 면적이 증가한다.
아토마이징부(127)는 제2 저장공간(121b)에 위치하여 제1 저장공간(121a)에서 공급되는 배기가스를 제2 저장공간(121b)에 저장된 중화 반응액 내에서 미세한 기포인 마이크로 버블(micro-bubble)(B)로 형성하여 분사함으로써, 중화 반응액과 배기가스에 포함된 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)의 중화 반응 효율이 향상된다. 아토마이징부(127)는 구획벽(121)으로부터 연장되는 노즐(127a)과, 노즐(127a)의 끝에 위치하는 충돌판(127b)을 구비한다. 아토마이징부(127)에 의해 형성된 마이크로 버블(B)로 인해 제2 저장공간(121b)에서 가스와 중화 반응액의 접촉 면적이 증가한다. 또한, 마이크로 버블(B)은 제2 저장공간(121b)의 중화 반응액 내에서 일반적인 버블 보다 더 오랜 시간 머무르게 된다. 그에 따라, 제2 저장 공간(121b)에서의 중화 반응 효율이 현저하게 증가한다.
노즐(127a)은 제2 저장공간(121a)의 비교적 하부에 위치하며 구획벽(121)으로부터 돌출되어서 형성된다. 구획벽(121)에는 제1 저장공간(121a)과 연통되는 노즐(127a)의 입구(1271a)가 형성된다. 노즐(127a)의 끝단은 대체로 연직 상방을 향하도록 연장된다. 노즐(127a)은 끝단으로 갈수록 내경이 좁아지도록 형성되어서, 제1 저장공간(121a)의 가스가 노즐(127a)의 끝단으로 유동하면서 속도가 증가하게 된다. 노즐(127a)의 출구(127c)를 형성하는 끝단에는 충돌판(127b)이 인접하여 위치한다.
충돌판(127b)은 노즐(127a)의 끝단인 출구(127c) 위에 인접하여 위치한다. 충돌판(127b)에 노즐(127a)로부터 분사되는 기체가 충돌하여 마이크로 버블(B)을 형성하게 된다. 본 실시예에서는 충돌판(127b)이 도시된 바와 같이 상하방향으로 두 개(1271b, 1272b)가 배치되는 2단 구조인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 1단 구조이거나 3단 이상의 구조인 것도 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 다단 구조인 경우, 위에 위치하는 충돌판(1272b)이 아래에 위치하는 충돌판(1271b)을 덮도록 더 크며, 충돌판(1272b) 사이에 적어도 하나의 통로(1273b)가 형성되는 것이 바람직하다.
복수 개의 차단판(128)들은 제2 저장공간(121b)에서 충돌판(127b)의 위에 층을 이루며 배치된다. 복수 개의 차단판(128)들에 의해 제2 저장 공간(121b)에 저장된 중화 반응액의 급격한 상승이 차단된다.
엘리미네이터(129)는 제2 저장공간(121b)에서 아래 복수 개의 차단판(128)들 중 최상 차단판(128)과 배기구(122b)의 사이에 위치하여 물방울을 제거한다. 엘리미네이터는(129)은 합성수지재질의 재료를 사용하여 이루어진다.
제2 저장 공간(121b)의 바닥과 측벽에는 각각 중화 반응액이 배출되는 배출구가 각각 형성된다.
제1 배기 장치(130)는 제1 중화 장치(120)로부터 가스를 배출시킨다. 제1 배기 장치(130)는 제1 중화 장치(120)의 배기구(122b)로부터 연장되는 제1 배기관(131)과, 제1 배기관(131) 상에 설치되는 제1 배기 팬(135)을 구비한다. 제1 배기 팬(135)이 작동하면, 제1 중화 장치(120)의 제2 저장 공간(121b)의 가스가 배출되고 제1 중화 장치(120)의 제2 저장 공간(121b)에서 중화 반응액의 수면 위 공간에 음압에 형성된다. 그에 따라 제2 저장 공간(121b)에서 중화 반응액의 수면은 상승하고 제1 저장 공간(121a)에서 중화 반응액의 수면은 하강하게 된다.
제1 반응액 공급 장치(140)는 제1 중화 장치(120)에 중화 반응액인 수산화나트륨 수용액을 공급한다. 제1 반응액 공급 장치(140)는 중화 반응액인 수산화나트륨 수용액이 저장되는 제1 반응액 저장조(141)와, 제1 반응액 저장조(141)에 저장된 중화 반응액을 제1 중화 장치(120)로 보내는 제1 반응액 공급 펌프(145)를 구비한다.
제1 반응액 저장조(141)에는 중화 반응액인 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 등의 알칼리약품 수용액이 저장된다. 제1 반응액 저장조(141)에 저장된 중화 반응액은 제1 반응액 공급 펌프(145)에 의해 제1 중화 장치(120)로 이송된다. 또한, 제1 반응액 저장조(141)는 제1 중화 장치(120)에 마련된 배출구를 통해 배출되는 중화 반응액을 공급받는다. 제1 반응액 저장조(141)에 저장된 중화 반응액의 pH는 제1 pH 측정 센서(148)에 의해 측정된다. 제1 반응액 저장조(141)는 약품 공급부(180)를 통해 중화 약품인 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 등의 알칼리약품을 공급받는다.
제1 반응액 공급 펌프(145)는 제1 반응액 저장조(141)와 제1 중화 장치(120) 사이를 연결하는 제1 반응액 공급관(146) 상에 설치되어서 제1 반응액 저장조(141)에 저장된 중화 반응액을 제1 중화 장치(120)의 제1 저장 공간(121a)으로 흡기구(122a)를 통해 공급한다.
제2 중화 장치(150)는 제1 배기 장치(130)에 의해 제1 중화 장치(120)로부터 배출되는 가스에 함유된 염화수소(HCl), 오불화인(PF5) 및 불화수소(HF)를 제1 중화 장치(120)와 같은 방식으로 중화시켜서 처리한다. 도 3에는 제2 중화 장치(150)의 구성이 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 제2 중화 장치(150)는 도 2에 도시된 제1 중화 장치(120)와 대체로 동일한 구성으로서, 내부에 염화수소(HCl)와 불화수소(HF)를 중화시키는 중화 반응액이 저장되는 내부 공간(150a)을 제공한다. 본 실시예에서 중화 반응액은 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 등의 알칼리약품 수용액인 것으로 설명한다. 제2 중화 장치(150)의 내부 공간(150a)은 구획벽(151)에 의해 횡방향(수평방향)을 따라서 배치되는 제1 저장공간(151a)과 제2 저장공간(151b)으로 구획된다. 구획벽(151)의 하부에는 제1 저장공간(151a)과 제2 저장공간(151b)을 연통시키는 연결 통로(151c)가 형성된다. 제1 저장공간(151a)의 상단에는 제1 저장공간(151a)과 연통되고 제1 중화 장치(120)로부터 배출되고 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)을 포함하는 가스가 유입되고 제2 반응액 공급 장치(170)로부터 공급되는 중화 반응액이 유입되는 흡기구(152a)가 형성되고, 제2 저장공간(151b)의 상단에는 제2 저장공간(151b)과 연통되고 가스가 배출되는 배기구(152b)가 형성된다. 배기구(152b)에는 도 1에 도시된 바와 같이 제2 배기 장치(160)가 연결된다.
제2 중화 장치(150)는 제1 저장공간(151a)에 위치하는 수조(153)와, 제1 저장공간(151a)에 위치하는 제1 수류관(154)과, 제1 저장공간(151a)에 위치하는 혼합통(155)과, 제1 저장공간(151a)에 위치하는 제2 수류관(156)과, 제2 저장공간(151b)에 위치하는 아토마이징부(157)와, 제2 저장공간(151b)에 위치하는 복수 개의 차단판들(158)과, 제2 저장공간(151b)에 위치하는 엘리미네이터(eliminator)(159)를 구비한다.
제2 중화 장치(150)의 구체적인 구성 및 작용은 앞서서 설명된 제1 중화 장치(120)와 대체로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제2 배기 장치(160)는 제2 중화 장치(150)로부터 가스를 배출시킨다. 제2 배기 장치(160)는 제2 중화 장치(150)의 배기구(152b)로부터 연장되는 제2 배기관(161)과, 제2 배기관(161) 상에 설치되는 제2 배기 팬(165)을 구비한다. 제2 배기 팬(165)이 작동하면, 제2 중화 장치(150)의 제2 저장 공간(151b)의 가스가 배출되고 제2 중화 장치(150)의 제2 저장 공간(151b)에서 중화 반응액의 수면 위 공간에 음압에 형성된다. 그에 따라, 제2 저장 공간(151b)에서 중화 반응액의 수면은 상승하고 제1 저장 공간(151a)에서 중화 반응액의 수면은 하강하게 된다.
제2 반응액 공급 장치(170)는 제2 중화 장치(150)에 중화 반응액인 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 등의 알칼리약품 수용액을 공급한다. 제2 반응액 공급 장치(170)는 중화 반응액인 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 등의 알칼리약품 수용액이 저장되는 제2 반응액 저장조(171)와, 제2 반응액 저장조(171)에 저장된 중화 반응액을 제2 중화 장치(150)로 보내는 제2 반응액 공급 펌프(175)를 구비한다.
제2 반응액 저장조(171)에는 중화 반응액인 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 등의 알칼리약품 수용액이 저장된다. 제2 반응액 저장조(171)에 저장된 중화 반응액은 제2 반응액 공급 펌프(175)에 의해 제2 중화 장치(150)로 이송된다. 또한, 제2 반응액 저장조(171)는 제2 중화 장치(150)에 마련된 배출구를 통해 배출되는 중화 반응액을 공급받는다. 제2 반응액 저장조(171)에 저장된 중화 반응액의 pH는 제3 pH 측정 센서(178)에 의해 측정된다. 제2 반응액 저장조(171)는 약품 공급부(180)를 통해 중화 약품인 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 등의 알칼리약품을 공급받는다.
제2 반응액 공급 펌프(175)는 제2 반응액 저장조(171)와 제2 중화 장치(150) 사이를 연결하는 제2 반응액 공급관(176) 상에 설치되어서 제2 반응액 저장조(171)에 저장된 중화 반응액을 제2 중화 장치(150)의 제1 저장 공간(151a)으로 흡기구(152a)를 통해 공급한다.
약품 공급 장치(180)는 제1 반응액 저장조(141)와 제2 반응액 저장조(171)에 중화 약품을 공급한다. 약품 공급 장치(180)는 본 실시예에서 중화 약품으로 사용되는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 등의 알칼리약품이 저장되는 약품 저장 탱크(181)와, 약품 저장 탱크(181)에 저장된 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 등의 알칼리약품을 약품 공급관(186)을 통해 제1 반응액 저장조(141)와 제2 반응액 저장조(171)로 이송하는 약품 공급 펌프(185)를 구비한다. 약품 공급 장치(180)는 제1 반응액 저장조(141)와 제2 반응액 저장조(171) 각각에 독립적으로 중화 약품을 공급하도록 구성되는데, 예를 들어서 도시되지는 않았으나 제1 반응액 저장조(141)와 연결되는 제1 공급 라인(1861)과 제2 반응액 저장조(171)와 연결되는 제2 공급 라인(1862) 각각에 독립적으로 작동하는 개폐 밸브가 설치될 수 있다.
약품 공급 장치(180)는 제1 반응액 저장조(141)에 저장된 중화 반응액의 pH값과 제2 반응액 저장조(171)에 저장된 중화 반응액의 pH값에 따라 중화 약품의 공급을 조절한다. 본 실시예에서는, 제1 pH 측정 센서(148) 및 제2 pH 측정 센서(178) 각각의 pH 측정값에 기초하여, 제1 반응액 저장조(141)에 저장된 중화 반응액과 제2 반응액 저장조(171)에 저장된 중화 반응액 각각의 pH가 10 내지 12를 유지하도록 약품 공급 장치(180)가 작동하는 것으로 설명한다.
가스 순환 장치(180a)는 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스의 일부를 제1 중화 장치(120)로 이송하여 재순환시킨다. 가스 순환 장치(180a)는 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스 내의 염화수소(HCl)와 불화수소(HF)를 고려하여 제1 중화 장치(120)로 재순환되는 가스의 유량이 결정된다. 재순환되는 가스의 유량은 설정 비율로 고정될 수도 있고, 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스 내 염화수소(HCl)와 불화수소(HF)의 함유량에 따라 조절될 수도 있다. 다만, 재순환되는 가스의 유량이 변화되면, 제1 중화 장치(120)와 제2 중화 장치(150) 내의 수위가 변화하는 문제가 발생할 수 있으므로, 재순환되는 가스의 유량의 범위는 설정 범위 이내인 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 배기 팬(135, 165)의 유량도 수위가 설정 범위로 유지되도록 배기 팬(135, 165)도 조절될 수 있다. 하지만, 유입되는 배기 가스의 유량이 충분하지 못할 경우, 제1 중화 장치(120) 및 제2 중화 장치(150) 내에서 노즐(127a, 157a)에서의 속도가 충분하지 못하여 아토마이징부(127, 157)에서 아토마이징이 발생하지 못할 수도 있는 바, 이 경우에 재순환되는 가스의 유량을 증가시켜서 노즐(127a, 157a)에서의 속도를 증가시킬 수도 있다.
가스 순환 장치(180a)는 제2 배기 장치(160)의 제2 배기관(161)으로부터 제2 배기 팬(165)보다 하류에 위치하고 전기 집진부(190)보다 상류에 위치하는 지점에서 분기되어서 제1 중화 장치(120)의 제1 저장 공간(121a)과 연결되는 가스 순환관(181a)과, 가스 순환관(181a)을 개폐하는 개폐 밸브(185a)를 구비한다. 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스의 염화수소(HCl), 오불화인(PF5) 및 불화수소(HF)의 함유량이 설정 기준보다 높은 경우 개폐 밸브(185a)가 개방되어서 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스의 일부가 제1 중화 장치(120)로 재순환되고 나머지는 전기 집진부(190)로 공급되며, 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스의 염화수소(HCl), 오불화인(PF5) 및 불화수소(HF) 함유량이 설정 기준을 만족하는 경우 개폐 밸브(185a)가 폐쇄되어서 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스 전체가 전기 집진부(190)로 공급된다. 가스 순환 장치(180a)에 의해 재순환되는 가스의 유량은 설정 비율로 고정될 수도 있고, 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스 내 염화수소(HCl), 오불화인(PF5) 및 불화수소(HF)의 함유량에 따라 조절될 수도 있다. 가스 순환 장치(180a)에 의해 재순환되는 가스의 유량이 조절되는 경우 재순환 가스 유량 조절을 위해 개폐 밸브(185a)는 개방 정도가 조절되는 것이 사용된다.
전기 집진부(190)는 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스에 함유된 일부 미반응된 오불화인(PF5)을 전기집진 방식으로 포집하여 처리한다. 전기 집진부(190)는 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스를 병렬로 배치되어서 처리하는 복수개 전기 집진기(190a, 190b)를 구비한다. 본 실시예에서는 전기 집진기(190a, 190b)가 병렬로 연결되는 2개인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 전기 집진기는 하나 또는 셋 이상이 설치되어서 사용될 수 있고, 복수개의 전기 집진기가 사용되는 경우, 직렬로 연결될 수도 있다. 또한, 셋 이상의 전기 집진기가 사용되는 경우 직·병렬 혼합으로 연결되어서 사용될 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 전기 집진기(190a, 190b)로는 배기가스 처리 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것(예를 들어, 공개특허공보 제10-2003-0056542호에 기재된 구성의 전기 집진기)일 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이제, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 위에서 구성 중심으로 설명된 상기 실시예를 작용 중심으로 설명한다.
초기에 제1 중화 장치(120)의 내부 공간(120a)와 제2 중화 장치(150)의 내부 공간(150a)에는 도 2와 도 3에 각각 도시된 바와 같이 중화 반응액인 수산화나트륨 수용액이 점선으로 표시된 위치까지 채워져 있으며, 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하여 배출되고 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)을 포함하는 배기가스가 제1 중화 장치(120)의 흡기구(122a)를 통해서 제1 저장 공간(121a)으로 유입된다. 이 상태에서, 제1 배기 팬(135)와 제2 배기 팬(165)이 작동하면, 제1 중화 장치(120)와 제2 중화 장치(150)는 도 2와 도 3에 각각 도시된 바와 같은 형태로 작동하게 된다.
먼저, 제1 중화 장치(120)의 작동을 설명하면, 제1 배기 팬(135)의 작동에 의해 제1 저장공간(121a)의 수위는 낮아지고 제2 저장공간(121b)의 수위는 높아져서 두 저장공간(121a, 121b) 사이에는 수위차가 발생한다. 제2 저장공간(121b)의 압력이 낮아지면서 제2 저장공간(121b)의 수위가 충돌판(127b) 위로 상승하고 제1 저장공간(121a)의 수위가 낮아져서 제1 저장 공간(121a)에서 구획벽(121)에 형성된 노즐(127a)의 입구(1271a)가 개방된다. 그에 따라, 제1 저장 공간(121a)의 가스는 노즐(127a)을 통과하여 제2 저장공간(121b)에서 상방으로 강하게 분사된다. 노즐(127a)에서 분사된 가스는 복수 개의 충돌판(127b)들과 충돌하여 마이크로 버블(B)을 형성한다. 배기가스가 마이크로 버블(B)로 형성되어 분사됨으로써, 가스와 중화 반응액의 접촉 면적이 증가하여 중화 반응액과 배기가스에 포함된 염화수소(HCl), 오불화인(PF5) 및 불화수소(HF)의 중화 반응 효율이 향상된다. 또한, 마이크로 버블(B)은 제2 저장공간(121b)의 중화 반응액 내에서 일반적인 버블보다 더 오랜 시간 머무르게 된다. 그에 따라, 제2 저장 공간(121b)에서의 중화 반응 효율이 현저하게 증가한다.
다음, 제2 중화 장치(150)의 작동을 설명하면, 제2 배기 팬(165)의 작동에 의해 제1 저장공간(151a)의 수위는 낮아지고 제2 저장공간(151b)의 수위는 높아져서 두 저장공간(151a, 151b) 사이에는 수위차가 발생한다. 제2 저장공간(151b)의 압력이 낮아지면서 제2 저장공간(151b)의 수위가 충돌판(157b) 위로 상승하고 제1 저장공간(151a)의 수위가 낮아져서 제1 저장 공간(151a)에서 구획벽(151)에 형성된 노즐(157a)의 입구(1571a)가 개방된다. 그에 따라, 제1 중화 장치(120)로부터 배출되어서 흡기구(152a)를 통해 유입된 제1 저장 공간(151a)의 가스는 노즐(157a)을 통과하여 제2 저장공간(151b)에서 상방으로 강하게 분사된다. 노즐(157a)에서 분사된 가스는 복수 개의 충돌판(157b)들과 충돌하여 마이크로 버블(B)을 형성한다. 배기가스가 마이크로 버블(B)로 형성되어 분사됨으로써, 가스와 중화 반응액의 접촉 면적이 증가하여 중화 반응액과 배기가스에 포함된 염화수소(HCl), 오불화인(PF5) 및 불화수소(HF)의 중화 반응 효율이 향상된다. 또한, 마이크로 버블(B)은 제2 저장공간(151b)의 중화 반응액 내에서 일반적인 버블보다 더 오랜 시간 머무르게 된다. 그에 따라, 제2 저장 공간(151b)에서의 중화 반응 효율이 현저하게 증가한다.
육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하여 배출되는 배기가스에 포함된 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)은 제1 중화 장치(120)와 제2 중화 장치(150)를 차례대로 거치면서 중화 처리된다. 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스의 염화수소(HCl), 오불화인(PF5) 및 불화수소(HF) 함유량이 설정 기준보다 높은 경우 가스 순환 장치(180a)의 개폐 밸브(185a)가 개방되어서 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스의 일부는 제1 중화 장치(120)로 재순환되어서 다시 중화 처리되고 나머지는 전기 집진기(190)로 공급되며, 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스의 염화수소(HCl), 오불화인(PF5) 및 불화수소(HF) 함유량이 설정 기준을 만족하는 경우 개폐 밸브(185a)가 폐쇄되어서 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스 전체가 전기 집진부(190)로 공급된다. 가스 순환 장치(180a)에 의해 재순환되는 가스의 유량은 설정 비율로 고정될 수도 있고, 제2 중화 장치(150)로부터 배출되는 가스 내 염화수소(HCl), 오불화인(PF5) 및 불화수소(HF)의 함유량에 따라 개폐 밸브(185a)의 개방 정도가 제어되어서 조절될 수도 있다.
전기 집진부(190)로 공급된 가스에 함유된 오불화인(PF5)은 전기 집진기(190a, 190b)에 의해 포집되어서 처리된다.
상기 실시예에서는 중화 장치가 2개인 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 하나 또는 3개 이상이 사용될 수 있고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 배기가스 처리설비 110 : 중화 처리부
120 : 제1 중화 장치 130 : 제1 배기 장치
140 : 제1 반응액 공급 장치 150 : 제2 중화 장치
160 : 제2 배기 장치 170 : 제2 반응액 공급 장치
180 : 약품 공급 장치 180a : 가스 순환 장치
190 : 전기 집진부 190a, 190b : 전기 집진기

Claims (10)

  1. 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하는 배기가스에 포함된 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)을 처리하는 배기가스 처리설비로서,
    상기 배기가스에 포함된 염화수소, 불화수소 및 오불화인을 중화시켜서 처리하는 제1 중화 장치;
    상기 제1 중화 장치로부터 가스를 배출시키는 제1 배기 장치;
    상기 제1 배기 장치에 의해 상기 제1 중화 장치로부터 배출된 가스에 포함된 염화수소, 불화수소 및 오불화인을 중화시켜서 처리하는 제2 중화 장치;
    상기 제2 중화 장치로부터 가스를 배출시키는 제2 배기 장치; 및
    상기 배기가스에 포함된 상기 오불화인을 전기집진 방식으로 포집하여 처리하는 전기 집진부를 포함하며,
    상기 제1 중화 장치와 상기 제2 중화 장치 각각은, 가스가 유입되는 흡기구와 연통되는 제1 저장공간과, 가스가 배출되는 배기구와 연통되는 제2 저장공간과, 상기 제2 저장공간에 위치하고 상기 제1 저장공간과 연통되는 아토마이징부를 구비하고, 상기 제1 저장공간과 상기 제2 저장공간에 상기 염화수소, 상기 불화수소 및 상기 오불화인과 반응하여 중화시키는 중화 반응액이 저장되며,
    상기 제1 배기 장치 및 상기 제2 배기 장치의 작동에 의해, 상기 제2 저장공간에 음압이 형성되어서 상기 제2 저장공간의 수위가 높아지고, 상기 제1 저장공간의 수위가 낮아짐으로써, 상기 제1 저장공간의 가스는 상기 아토마이징부에 의해 마이크로 버블을 형성하며 상기 제2 저장공간으로 분사되는, 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 중화 장치에 순환 공급되는 상기 중화 반응액이 저장되는 제1 반응액 저장조;
    상기 제2 중화 장치에 순환 공급되는 상기 중화 반응액이 저장되는 제2 반응액 저장조; 및
    상기 제1 반응액 저장조와 상기 제2 반응액 저장조에 중화 약품을 공급하는 약품 공급 장치를 더 포함하는, 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 약품 공급 장치는 상기 제1 반응액 저장조에 저장된 상기 중화 반응액의 pH 값과 상기 제2 반응액 저장조에 저장된 상기 중화 반응액의 pH 값에 기초하여 상기 중화 약품을 공급하는, 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 약품 공급 장치는 상기 제1 반응액 저장조에 저장된 상기 중화 반응액의 pH 값과 상기 제2 반응액 저장조에 저장된 상기 중화 반응액의 pH 값이 10 내지 12를 유지하도록 상기 중화 약품을 공급하는, 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 약품 공급 장치는 상기 제1 반응액 저장조와 상기 제2 반응액 저장조 각각으로 상기 중화 약품을 독립적으로 공급하는, 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 중화 장치로부터 배출되는 가스를 상기 제1 중화 장치로 공급하는 가스 순환 장치를 더 포함하는, 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기 집진부는 상기 제2 배기 장치보다 하류에 배치되는, 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 중화 장치로부터 배출되는 가스가 상기 전기 집진부로 유입되기 전에 상기 제2 중화 장치로부터 배출되는 가스의 일부 또는 전체를 상기 제1 중화 장치로 재순환하기 위한 가스 순환 장치를 더 포함하는, 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기 집진부는 병렬 또는 직렬로 배치되는 복수개의 전기 집진기들을 구비하는, 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비.
  10. 육불화인산리튬(LiPF6)의 제조공정에서 발생하는 배기가스에 포함된 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 및 오불화인(PF5)을 처리하는 배기가스 처리설비로서,
    상기 배기가스에 포함된 염화수소, 불화수소 및 오불화인을 중화시켜서 처리하는 중화 장치;
    상기 중화 장치로부터 가스를 배출시키는 배기 장치; 및
    상기 배기 장치보다 하류에 배치되어서 상기 중화 장치로부터 배출되는 가스에 포함된 상기 오불화인을 전기집진 방식으로 포집하여 처리하는 전기 집진기를 포함하며,
    상기 중화 장치는, 상기 배기가스가 유입되는 제1 저장공간과, 상기 배기 장치와 연결되는 제2 저장공간과, 상기 제2 저장공간에 위치하고 상기 제1 저장공간과 연통되는 아토마이징부를 구비하고, 상기 제1 저장공간과 상기 제2 저장공간에 상기 염화수소, 상기 불화수소 및 상기 오불화인과 반응하여 중화시키는 중화 반응액이 저장되며,
    상기 배기 장치의 작동에 의해, 상기 제2 저장공간에 음압이 형성되어서 상기 제2 저장공간의 수위가 높아지고, 상기 제1 저장공간의 수위가 낮아짐으로써, 상기 제1 저장공간의 가스는 상기 아토마이징부에 의해 마이크로 버블을 형성하며 상기 제2 저장공간으로 분사되는, 육불화인산리튬 제조공정용 배기가스 처리설비.
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