KR102160833B1 - Method and apparatus for treating water containing hydrogen peroxide and ammonia - Google Patents
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Abstract
(과제)
과산화수소를 함유하는 암모니아 함유 수를 안전하게 또한 에너지 효율적으로 처리한다.
(해결 수단)
과산화수소와 암모니아를 함유하는 물을 방산탑에 도입하면서, 그 방산탑 (1) 에 기체를 취입하여 방산 처리하는 방산 공정과, 그 방산탑으로부터의 방산 가스를 촉매 반응기 (16) 에서 촉매 산화 처리하는 촉매 산화 공정과, 촉매 산화 공정의 처리 가스의 일부를 상기 방산탑에 순환시켜 상기 공기와 함께 취입하는 가스 순환 공정을 갖는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법. 그 방산탑 (1) 의 온도를 45 ∼ 70 ℃ 로 하면서, 그 방산탑으로의 기체 취입량에 대해 상기 처리 가스의 순환 가스 유량을 15 ∼ 60 배로 한다.(assignment)
Ammonia-containing water containing hydrogen peroxide is treated safely and energy-efficiently.
(Solution)
A defense process in which water containing hydrogen peroxide and ammonia is introduced into the defense tower, gas is blown into the defense tower 1, and the emission treatment is performed, and the emission gas from the defense tower is subjected to catalytic oxidation in the catalytic reactor 16. A method for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water having a catalytic oxidation step and a gas circulation step of circulating a part of the gas treated in the catalytic oxidation step through the defense tower and blowing it together with the air. While the temperature of the defense tower 1 is 45 to 70°C, the flow rate of the circulating gas of the processing gas is 15 to 60 times the amount of gas injected into the defense tower.
Description
본 발명은 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 과산화수소를 함유하는 암모니아 함유 수를 안전하게 또한 에너지 효율적으로 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water, and more particularly to a method and apparatus for safely and energy-efficiently treating ammonia-containing water containing hydrogen peroxide.
암모니아 함유 배수의 처리 방법으로서 방산 처리 (스트리핑) 가 있다. 스트리핑 가스 (또는 캐리어 가스) 로는 통상, 공기 또는 스팀이 사용되고 있다. 공기를 사용할지, 스팀을 사용할지는, 개개의 조건에 따라 적절히 선택되지만, 일반적으로 소형의 방산탑 (스트리퍼) 에서는 간편한 공기가 사용되고, 대형 방산탑에서는 효율이 좋은 스팀이 사용되는 경향이 있다.As a treatment method for ammonia-containing wastewater, there is a defense treatment (striping). As the stripping gas (or carrier gas), air or steam is usually used. Whether to use air or steam is appropriately selected depending on individual conditions, but in general, simple air is used in small-sized defense towers (stripers), and steam with high efficiency tends to be used in large-sized defense towers.
방산탑에서 배출된 암모니아 함유 가스는, (1) 촉매에 의한 산화 분해 처리, (2) 황산 암모늄의 제조 원료로서의 이용, (3) 농후 암모니아수로서의 회수 등에 제공되지만, 황산 암모늄이나 암모니아수의 유통 마켓이 없는 경우에는 (1) 촉매에 의한 산화 분해 처리에 제공된다.The ammonia-containing gas discharged from the defense tower is provided for (1) oxidative decomposition treatment by a catalyst, (2) use as a raw material for producing ammonium sulfate, and (3) recovery as enriched ammonia water, but the distribution market for ammonium sulfate or ammonia water is In the absence of this, it is provided for (1) oxidative decomposition treatment by a catalyst.
그런데, 반도체 제조 공정에 있어서의 암모니아/과산화수소/물을 사용하는 SC-1 세정 공정으로부터는, 암모니아 및 과산화수소를 수 천 ㎎/ℓ 의 오더로 함유하는 SC-1 배수가 배출된다. 이 SC-1 배수를 방산 처리하기 위해서는, 암모니아의 방산성을 양호하게 하기 위해서 pH 를 11 이상으로 할 필요가 있지만, pH 를 높이면 과산화수소의 분해도 촉진되고 산소 가스가 발생된다. 암모니아와 산소의 혼합 가스가 고농도로 존재하면 폭발 위험성이 있으므로 안전상 회피하는 것이 바람직하다.By the way, from the SC-1 cleaning process using ammonia/hydrogen peroxide/water in the semiconductor manufacturing process, SC-1 wastewater containing ammonia and hydrogen peroxide in the order of several thousand mg/L is discharged. In order to dissipate this SC-1 wastewater, it is necessary to set the pH to 11 or higher in order to improve the dissipation of ammonia, but increasing the pH also promotes decomposition of hydrogen peroxide and generates oxygen gas. If the mixed gas of ammonia and oxygen is present at a high concentration, it is preferable to avoid it for safety because there is a risk of explosion.
특허문헌 1 에는, 방산과 촉매 산화를 조합하여 암모니아 및 과산화수소를 함유하는 배수를 처리하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서는, 암모니아와 과산화수소를 함유하는 배수를 pH 9 이상으로 조정하여 방산탑에서 처리함으로써, 방산탑 내에서 과산화수소를 분해 제거하면서 암모니아를 방산시키고, 방산탑의 유출 가스를 촉매 반응기에 통기시켜 암모니아를 산화 분해시킨다.
이 방법에 있어서는, 특히 대 (大) 유량의 배수나 고농도의 암모니아 함유 배수를 처리하는 경우, 스트리핑 가스 (캐리어 가스) 로서 스팀만을 사용하면 암모니아/산소 혼합 가스가 발생하므로, 안전성 면에서 스트리핑 가스로는 스팀이 아니라 공기를 사용하는 것이 바람직하다.In this method, especially when treating wastewater with a large flow rate or wastewater containing a high concentration of ammonia, using only steam as the stripping gas (carrier gas) generates an ammonia/oxygen mixture gas. It is preferable to use air, not steam.
또, 방산탑에 있어서의 과산화수소의 분해는, 고온일수록 효율이 좋지만, 방산탑의 온도를 올리면 탑정 가스의 수분 농도가 높아지고, (1) 물의 증발 잠열량이 많기 때문에 에너지 비용이 높고, (2) 탑정 가스 중의 수분 농도가 10 체적% 를 초과하면, 이 탑정 가스를 산화 처리하는 촉매가 열화되어 수명이 짧아진다는 문제가 발생한다. 따라서, 방산탑에서 과산화수소를 분해시키는 방법에서는, 이 문제를 회피하기 위해서 낮은 온도에서 대량의 공기를 사용하여 방산을 실시하게 된다.In addition, the decomposition of hydrogen peroxide in the defense tower is more efficient at higher temperatures, but raising the temperature of the defense tower increases the moisture concentration of the tower gas, and (1) the energy cost is high because the latent heat of evaporation of water is large, and (2) When the moisture concentration in the overhead gas exceeds 10% by volume, there arises a problem that the catalyst for oxidizing the overhead gas deteriorates and its life becomes short. Therefore, in the method of decomposing hydrogen peroxide in a defense tower, in order to avoid this problem, a large amount of air is used at a low temperature to dissipate.
특허문헌 2 에는, 방산 가스로서 공기를 사용하고 암모니아 산화용 촉매 반응기로부터의 배기 가스를 순환 사용함으로써, 수분 증발에 수반되는 에너지를 절약하는 방법이 기재되어 있다.
특허문헌 2 의 방법에서는, 특허문헌 1 의 방법에 비해 방산탑에서의 신규 공기 도입량이 적으므로, 에너지 비용을 대폭 절약할 수 있다. 그러나, 특허문헌 2 의 방법에서는, 특히 방산탑의 운전 온도를 저온으로 하는 경우, 큰 풍량이 필요해지고 (예를 들어, 처리수량 1000 ㎥/day 당에서는 공기 취입의 경우 40000 ∼ 50000 N㎥/hr 정도가 된다. 스팀의 경우에는 9000 N㎥/hr 정도이다.), 촉매 반응기 중의 촉매량을 많게 해야 한다. 또, 방산탑의 온도가 45 ℃ 를 초과하면, 탑정 가스 중의 수분 농도가 10 체적% 를 초과하므로, 촉매의 수명이 짧아지지 않도록 고가의 내수성 촉매를 사용할 필요가 있다.In the method of
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하여, 과산화수소를 함유하는 암모니아 함유 수를 안전하고 에너지 효율적으로 처리하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the above conventional problems and to provide a method and apparatus for safely and energy-efficiently treating ammonia-containing water containing hydrogen peroxide.
본 발명의 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법은, 과산화수소와 암모니아를 함유하는 물을 방산탑에 도입하면서, 그 방산탑에 기체를 취입하여 방산 처리하는 방산 공정과, 그 방산탑으로부터의 방산 가스를 촉매 산화 처리하는 촉매 산화 공정과, 그 촉매 산화 공정으로부터의 처리 가스의 일부를 상기 방산탑에 순환시키면서, 이 순환 가스에 대하여 신규 공기를 취입하는 가스 순환 공급 공정을 갖는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법에 있어서, 그 방산탑의 온도를 45 ∼ 70 ℃ 로 하면서, 그 신규 공기 취입 유량에 대한 상기 처리 가스의 순환 가스 유량을 15 ∼ 60 배로 하는 것을 특징으로 하는 것이다.The method for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water according to the present invention includes a defense step of introducing water containing hydrogen peroxide and ammonia into a defense tower, and injecting gas into the defense tower for dissipation treatment, and dispersing the gas from the defense tower. Treatment of hydrogen peroxide and ammonia-containing water having a catalytic oxidation step for catalytic oxidation treatment and a gas circulation supply step of blowing fresh air into the circulating gas while circulating a part of the processed gas from the catalytic oxidation step to the defense tower The method is characterized in that the circulating gas flow rate of the process gas is 15 to 60 times the new air blowing flow rate while the temperature of the defense tower is 45 to 70°C.
본 발명의 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 장치는, 과산화수소와 암모니아를 함유하는 물의 도입 수단 및 가스 방산용 기체의 취입 수단을 구비한 방산탑과, 그 방산탑으로부터의 방산 가스를 촉매 산화 처리하는 촉매 산화탑과, 촉매 산화탑으로부터의 처리 가스의 일부를 상기 방산탑에 순환시키는 가스 순환 수단과, 그 가스 순환 수단의 순환 가스에 대하여 신규 공기를 취입하는 신규 공기 취입 수단을 갖는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 장치에 있어서, 그 방산탑의 온도를 45 ∼ 70 ℃ 로 하는 온도 제어 수단과, 그 순환 가스로의 공기 취입 유량에 대한 상기 처리 가스의 순환 가스 유량을 15 ∼ 60 배로 하는 유량 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.The apparatus for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water according to the present invention comprises a defense tower having a means for introducing water containing hydrogen peroxide and ammonia, and a means for injecting a gas for gas dissipation, and a catalyst for catalytic oxidation treatment of the emission gas from the tower. Hydrogen peroxide and ammonia-containing water having an oxidation tower, a gas circulation means for circulating a part of the process gas from the catalytic oxidation tower to the defense tower, and a new air intake means for blowing fresh air into the circulating gas of the gas circulation means In the processing apparatus of, a temperature control means for setting the temperature of the defense tower to 45 to 70°C, and a flow rate control means for increasing the circulating gas flow rate of the process gas to 15 to 60 times the air intake flow rate to the circulating gas. It is characterized by one thing.
상기 촉매 산화 공정에 공급되는 상기 방산 가스의 함수율이 10 체적% 이하인 것이 바람직하다.It is preferable that the moisture content of the emission gas supplied to the catalytic oxidation step is 10% by volume or less.
본 발명의 하나의 양태에서는, 상기 방산 가스를 냉각시켜 응축수를 생성시키고, 그 응축수를 분리한 가스를 상기 촉매 산화 공정 또는 촉매 산화탑에 공급한다.In one aspect of the present invention, condensed water is generated by cooling the emission gas, and the gas obtained by separating the condensed water is supplied to the catalytic oxidation process or the catalytic oxidation tower.
본 발명의 하나의 양태에서는, 상기 방산 가스를 단열 압축시키고, 방산탑의 탑저액과 열교환시키며 냉각시켜 제 1 응축수를 생성시키고, 그 제 1 응축수를 분리한 가스를 냉각수와 열교환시키며 냉각시켜 제 2 응축수를 생성시키고, 그 제 2 응축수를 분리한 가스를 압력 개방한 후에 상기 촉매 산화 공정 또는 촉매 산화탑에 송급한다.In one aspect of the present invention, the first condensed water is generated by adiabatic compression of the dissipation gas, heat exchange with the bottom liquid of the defense tower, and cooling, and the gas obtained by separating the first condensed water is heat-exchanged with cooling water and cooled. Condensed water is generated, and the gas obtained by separating the second condensed water is released under pressure and then fed to the catalytic oxidation step or the catalytic oxidation tower.
상기 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 암모니아 농도가 500 ㎎/ℓ 이상이며, 과산화수소 농도가 1000 ㎎/ℓ 이상인 것이 바람직하다.It is preferable that the ammonia concentration of the hydrogen peroxide and the ammonia-containing water is 500 mg/L or more and the hydrogen peroxide concentration is 1000 mg/L or more.
상기 과산화수소 및 암모니아 함유 수를 pH 9 이상으로 조정하여 상기 방산탑에 도입하는 것이 바람직하다.It is preferable that the hydrogen peroxide and ammonia-containing water are adjusted to
본 발명의 하나의 양태에서는, 상기 방산탑의 탑저액을 방산탑으로부터 인발하고 90 ℃ 이상으로 가열하여 과산화수소를 분해시킨다.In one aspect of the present invention, the bottom liquid of the defense tower is extracted from the tower and heated to 90° C. or higher to decompose hydrogen peroxide.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토를 거듭한 결과, 특허문헌 2 의 방법에 있어서, 방산탑의 운전 온도를 높게 해서 촉매 수명을 약간 희생하더라도, 에너지 효율을 높이고 종합적인 운전 비용을 저감시킬 수 있는 조건을 알아내어 본 발명을 완성시켰다.The inventors of the present invention repeated intensive studies in order to solve the above problems. As a result, in the method of
본 발명에 따르면, 과산화수소 및 암모니아 함유 수로부터 안전하고 에너지 효율적으로 과산화수소와 암모니아를 제거할 수 있다. 또, 촉매 산화에 제공하는 방산 가스의 함수율을 10 체적% 이하로 낮출 수 있고, 이로써 촉매 수명을 연명할 수 있다.According to the present invention, hydrogen peroxide and ammonia can be safely and energy-efficiently removed from water containing hydrogen peroxide and ammonia. In addition, the moisture content of the emission gas provided for catalytic oxidation can be reduced to 10% by volume or less, thereby extending the life of the catalyst.
본 발명에 있어서, 방산탑의 탑저액을 방산탑으로부터 인발하고 90 ℃ 이상으로 가열하여 과산화수소를 분해시킴으로써, 과산화수소 농도가 낮은 처리수를 얻을 수 있다.In the present invention, treated water having a low hydrogen peroxide concentration can be obtained by decomposing hydrogen peroxide by drawing the bottom liquid of the defense tower from the tower and heating it to 90°C or higher.
도 1 은 본 발명의 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법 및 장치의 실시 형태의 일례를 나타내는 계통도이다.
도 2 는 본 발명의 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법 및 장치의 실시 형태의 다른 예를 나타내는 계통도이다.
도 3 은 본 발명의 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법 및 장치의 실시 형태의 다른 예를 나타내는 계통도이다.
도 4 는 본 발명의 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법 및 장치의 실시 형태의 다른 예를 나타내는 계통도이다.1 is a system diagram showing an example of an embodiment of a method and apparatus for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water of the present invention.
Fig. 2 is a system diagram showing another example of an embodiment of a method and apparatus for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water according to the present invention.
3 is a system diagram showing another example of an embodiment of a method and apparatus for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water of the present invention.
4 is a system diagram showing another example of an embodiment of a method and apparatus for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water of the present invention.
이하에 본 발명의 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법의 실시 형태를 상세하게 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the method for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water according to the present invention will be described in detail.
본 발명에서 처리 대상으로 하는 과산화수소 및 암모니아 함유 수로는, 암모니아를 500 ㎎/ℓ 이상, 예를 들어 500 ∼ 5000 ㎎/ℓ 함유하고, 과산화수소를 1000 ㎎/ℓ 이상, 예를 들어 1000 ∼ 10000 ㎎/ℓ 함유하는 것이 바람직하다. 이러한 과산화수소 및 암모니아 함유 수로는 SC-1 배수가 예시된다.Hydrogen peroxide and ammonia-containing water to be treated in the present invention contain ammonia at least 500 mg/L, such as 500 to 5000 mg/L, and hydrogen peroxide at 1000 mg/L or more, such as 1000 to 10000 mg/L. It is preferable to contain ℓ. Such hydrogen peroxide and ammonia-containing waters are exemplified by SC-1 drainage.
과산화수소 및 암모니아 함유 수가 SC-1 배수인 경우, 그 pH 는 통상 8 ∼ 10 정도이다.When the water containing hydrogen peroxide and ammonia is SC-1 drainage, the pH is usually about 8 to 10.
암모니아의 방산율 및 과산화수소의 분해율을 높게 하는 경우에는, 바람직하게는 과산화수소 및 암모니아 함유 수에 수산화 나트륨, 수산화 칼륨 등의 알칼리를 첨가하여, pH 를 9 이상, 예를 들어 9 ∼ 13, 특히 10.5 ∼ 12 로 조정한 후, 방산 처리를 실시한다.In the case of increasing the ammonia dissipation rate and the hydrogen peroxide decomposition rate, preferably, an alkali such as sodium hydroxide and potassium hydroxide is added to hydrogen peroxide and ammonia-containing water, so that the pH is 9 or more, for example 9 to 13, particularly 10.5 to After adjusting to 12, a defense treatment is performed.
본 발명에서는, 이러한 과산화수소 및 암모니아 함유 수를 방산탑에서 45 ∼ 70 ℃, 바람직하게는 50 ∼ 65 ℃ 에서 방산 (스트리핑) 처리하고, 방산탑으로부터의 유출 가스를 촉매 산화탑에서 산화 처리한다. 방산 처리를 실시하기 위해서는, 충전재를 충전시켜 충전층을 형성한 방산탑을 사용하는 것이 바람직하고, 이 방산탑 내의 충전층보다 상측의 탑정부, 예를 들어 탑정의 가스 출구부의 온도를 상기 범위로 하는 것이 바람직하다. 방산탑의 온도 제어는 탑저액의 온도를 조정함으로써 제어할 수 있다.In the present invention, such hydrogen peroxide and ammonia-containing water is subjected to an acid (stripping) treatment in a defense tower at 45 to 70°C, preferably 50 to 65°C, and the effluent gas from the defense tower is subjected to oxidation treatment in a catalytic oxidation tower. In order to perform the dissipation treatment, it is preferable to use a defense tower in which a filler is filled to form a packed layer, and the temperature of the top of the tower above the packed bed in the tower, for example, the gas outlet of the top of the tower is set within the above range. It is desirable to do. The temperature control of the defense tower can be controlled by adjusting the temperature of the bottom liquid.
이 방산탑에 기체를 취입함으로써 암모니아를 방산시킨다. 방산탑 내로의 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 공급량을 W (㎥/hr) 로 하고, 방산탑 내로의 기체의 취입량을 G (N㎥/hr) 로 한 경우, G/W 는 100 ∼ 1000, 특히 300 ∼ 600 정도가 바람직하다.Gas is blown into this defense tower to dissipate ammonia. When the supply amount of hydrogen peroxide and ammonia-containing water into the defense tower is W (㎥/hr) and the gas injection amount into the defense tower is G (N㎥/hr), G/W is 100 to 1000, especially It is preferably about 300 to 600.
또, 방산탑에서 플러딩을 일으키지 않을 탑경이며 충전 높이가 2 m ∼ 15 m정도가 되도록 기체 취입량 및 충전재의 종류를 선택하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to select the gas injection amount and the type of filler so that the tower diameter will not cause flooding in the defense tower and the filling height is about 2 m to 15 m.
방산탑에 취입되는 기체는, 촉매 산화탑으로부터의 순환 가스에 대하여 신규 공기를 첨가한 것이다. 촉매 산화탑으로부터의 순환 가스 유량을 Fc (N㎥/hr) 로 하고, 신규 공기의 첨가 유량을 Ff (N㎥/hr) 로 한 경우, Fc/Ff 를 15 ∼ 60, 바람직하게는 20 ∼ 50 으로 한다.The gas blown into the defense tower is obtained by adding fresh air to the circulating gas from the catalytic oxidation tower. When the flow rate of the circulating gas from the catalyst oxidation tower is set to Fc (
순환 가스 유량은 순환 가스 유량과 신규 공기 유량의 합계가 방산탑에서 암모니아를 방산하는 데에 충분한 가스량이 되는 유량으로 한다. 또, 신규 공기의 첨가 유량은, 후단계의 촉매 산화탑에서 암모니아를 산화시키는 데에 필요한 산소를 충분히 공급할 수 있는 유량으로 한다.The circulating gas flow rate is a flow rate in which the sum of the circulating gas flow rate and the new air flow rate becomes an amount of gas sufficient to dissipate ammonia in the defense tower. In addition, the flow rate of the new air added is a flow rate capable of sufficiently supplying oxygen necessary for oxidizing ammonia in the catalytic oxidation tower in the later stage.
본 발명에서는, 방산탑 탑정으로부터의 유출 가스 (이하, 방산 가스라고 하는 경우가 있다.) 를 촉매 산화시키기 전에 응축 처리하여 방산 가스의 함수율 (수증기 함유율) 을 10 vol% 이하, 특히 8 vol% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 방산 가스의 함수율을 낮게 함으로써, 촉매 산화탑의 산화 촉매의 열화를 방지 (억제) 할 수 있다.In the present invention, the effluent gas from the top of the defense tower (hereinafter, sometimes referred to as a defense gas) is subjected to condensation treatment prior to catalytic oxidation so that the moisture content (water vapor content) of the defense gas is 10 vol% or less, particularly 8 vol% or less. It is preferable to do it. By lowering the moisture content of the emission gas in this way, it is possible to prevent (suppress) deterioration of the oxidation catalyst in the catalytic oxidation tower.
방산 가스를 응축 처리하기 위해서는, 열교환기로 강온시킨 후, 응축수를 기액 분리하는 것이 바람직하다. 이 냉각 응축의 전단계에서, 방산 가스를 압축시킨 후, 열교환기로 냉각시키고, 이어서 냉각수와 열교환시키며 물을 응축시켜 기액 분리해도 된다. 기액 분리에 의해 분리된 응축수는 방산탑 내의 상부에 살수되는 것이 바람직하다.In order to condense the emission gas, it is preferable to perform gas-liquid separation of the condensed water after lowering the temperature with a heat exchanger. In the preceding step of the cooling condensation, after the dissipation gas is compressed, it is cooled by a heat exchanger, and then the water is condensed by heat exchange with cooling water to separate gas and liquid. It is preferable that the condensed water separated by gas-liquid separation is sprayed on the upper part of the defense tower.
본 발명에서는, 응축 처리 후의 가스를 가온시켜 이슬점을 높인 후, 촉매 충전층을 가진 촉매 반응기에 도입하여 암모니아를 산화 분해시키는 것이 바람직하다. 이 반응기 입구 가스 온도는 300 ∼ 400 ℃, 특히 320 ∼ 350 ℃ 정도인 것이 바람직하다. 암모니아 분해용 산화 촉매로는, 예를 들어 알루미나, 제올라이트 등의 담체에 루테늄, 백금 등의 귀금속을 담지시킨 촉매를 사용할 수 있다. 암모니아의 산화 반응식은 다음과 같다.In the present invention, it is preferable that the gas after condensation treatment is heated to increase the dew point, and then introduced into a catalytic reactor having a catalyst packed bed to oxidatively decompose ammonia. The reactor inlet gas temperature is preferably about 300 to 400°C, particularly about 320 to 350°C. As the oxidation catalyst for decomposing ammonia, for example, a catalyst in which a noble metal such as ruthenium or platinum is supported on a carrier such as alumina or zeolite can be used. The oxidation reaction formula of ammonia is as follows.
4NH3+3O2→2N2+6H2O4NH 3 +3O 2 →2N 2 +6H 2 O
본 발명에서는, 방산탑의 온도 (바람직하게는 탑 내의 탑정부의 가스 온도)를 45 ∼ 70 ℃ 로 설정하지만, 이 방산 처리 온도에서는 과산화수소의 분해 속도가 작고, 탑저액 중의 과산화수소 농도가 충분히 저하되지 않을 우려가 있다. 그래서, 본 발명에서는, 탑저액을 방산탑으로부터 꺼내서 가열하여 과산화수소를 분해시켜도 된다. 이 가열의 열원으로는, 촉매 반응기로부터의 반응 가스의 보유 열을 이용하며 열교환하여 열회수하는 것이 바람직하고, 또, 가열에 의해 과산화수소를 분해시킨 후의 액을 피처리수와 열교환시켜 열회수하는 것이 바람직하다. 이 열교환에 의해 강온된 액은 기액 분리하고, 가스를 방산탑의 상부로 되돌리고, 물은 처리수로서 꺼내는 것이 바람직하다.In the present invention, the temperature of the defense tower (preferably the temperature of the gas at the top of the tower in the tower) is set to 45 to 70°C, but at this temperature, the decomposition rate of hydrogen peroxide is low, and the concentration of hydrogen peroxide in the bottom liquid is not sufficiently reduced. There is a fear not. Therefore, in the present invention, the bottom liquid may be taken out from the defense tower and heated to decompose hydrogen peroxide. As a heat source for this heating, it is preferable to heat-exchange by using the retained heat of the reaction gas from the catalytic reactor to recover heat, and to heat-exchange the liquid after decomposing hydrogen peroxide by heating with the water to be treated to recover heat. . It is preferable that the liquid cooled by this heat exchange is separated by gas-liquid, the gas is returned to the upper part of the defense tower, and the water is taken out as treated water.
이하, 도면을 참조하여 실시 형태에 대해 설명한다. 도 1 ∼ 4 는 각각 본 발명의 실시 형태에 관련된 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법 및 장치를 나타내는 플로우도이다.Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. 1 to 4 are flow diagrams showing a method and apparatus for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water, respectively, according to an embodiment of the present invention.
도 1 의 방법 및 장치에서는, 과산화수소 및 암모니아를 함유한 배수가 방산탑 (1) 의 상부의 살수기 (2a) 에 피처리수 공급 배관 (2) 을 통해 공급되고, 그 살수기 (2a) 로부터 살수된다. 살수된 물은, 충전층 (3) 에서 가스와 접촉하면서 유하되고, 암모니아가 방산된 탑저액 (L) 이 된다.In the method and apparatus of FIG. 1, drainage containing hydrogen peroxide and ammonia is supplied to a
이 탑저액 (L) 은 배관 (4), 순환 펌프 (5), 배관 (6, 7), 열교환기 (8), 배관 (9) 을 통해 순환된다. 열교환기 (8) 에는 열원 유체로서 스팀이 밸브 (10) 를 통해 공급되고, 탑저액 (L) 을 가열하도록 구성되어 있다. 밸브 (10) 의 개도 조절에 따라 열교환기 (8) 로의 스팀 공급량이 제어된다. 또한, 탑저액의 일부는 처리수로 하여 배관 (6) 에 연결되는 배관 (6a) 으로부터 꺼내어진다.The bottom liquid L is circulated through the
충전층 (3) 하측의 탑 내에 기체를 취입하도록 노즐 (11) 이 설치되어 있다. 이 노즐 (11) 로부터 취입된 기체가 충전층 (3) 을 상승시켜 배수와 접촉시키고, 배수 중의 암모니아가 가스로 되어 방산된다. 방산된 가스 및 물의 증발에 의해 발생된 수증기는, 공기와 함께 탑 내를 상승시키고, 데미스터 (미스트 분리기) (12) 를 통과하여 물방울이 제거된다. 이 암모니아 및 수증기 함유 가스는 탑정으로부터 배관 (13) 으로 유출되고, 열교환기 (14) 에서 이슬점 이상, 바람직하게는 280 ∼ 380 ℃, 특히 320 ∼ 350 ℃ 정도로 가열된 후, 배관 (15) 을 통과하고 촉매 반응기 (16) 에 도입된다. 또한, 배관 (15) 도중에 촉매 반응기 입구 히터 (15A) 가 형성되어 있다.A
가스 중의 암모니아는, 촉매 반응기 (16) 내의 촉매 (16a) 와 접촉함으로써 상기 반응식에 따라 산화된다. 이 산화 반응은 발열 반응이며, 가스 온도가 상승된다. 촉매 반응기 (16) 로부터 유출된 가스는, 배관 (17) 으로부터 열교환기 (14) 에 도입되고, 방산탑 유출 가스와 열교환하여 강온된다. 이 가스는, 이어서 배관 (18) 으로부터 블로어 (19) 및 배관 (20) 을 통해 노즐 (11) 에 공급된다. 블로어 (19) 로부터 송출된 가스의 일부는, 배관 (20) 으로부터 분기된 배관 (21) 을 통해 연돌 (22) 로 보내져 계 외로 배출된다. 배관 (21) 의 분기부보다 하류측 (노즐 (11) 측) 으로 공기 (대기) 가 블로어 (23) 및 배관 (24) 을 통해 첨가된다.Ammonia in the gas is oxidized according to the above reaction formula by contacting the
본 발명에 있어서, 촉매 산화 탑출구 가스로부터 열회수한 후에, 가스의 대부분을 방산탑에 순환시키는 것이 바람직하다. 그럼으로써 열 이용률을 높이고 경제성을 향상시킬 수 있는 것은 상기 서술한 바와 같지만, 가스 재순환에는 추가로 다음에 서술하는 이점이 있다.In the present invention, it is preferable to circulate most of the gas to the defense tower after heat recovery from the catalytic oxidation tower gas. It is as described above that it is possible to increase the heat utilization rate and improve the economy by doing so, but the gas recirculation further has the following advantages.
촉매 산화탑에서 암모니아를 산화 처리하면, 통상, 질소 산화물 (NOx) 이 부생된다. 이는 공해 물질의 하나이며, 대기로 방출되는 경우에는 방출량을 최대한 저감시켜야 한다. 특히 원수 중의 암모니아 농도가 높은 경우에는 질소 산화물의 방출량을 충분히 고려할 필요가 있다.When ammonia is oxidized in a catalytic oxidation tower, nitrogen oxide (NOx) is usually produced by-product. This is one of the pollutants, and if it is released to the atmosphere, the amount of emission should be reduced as much as possible. In particular, when the ammonia concentration in raw water is high, it is necessary to sufficiently consider the amount of nitrogen oxide released.
질소 산화물의 방출량은 식 (1) 과 같이 가스 유량과 그 농도의 곱으로 나타내어진다. 그러나 본 발명 방법에서는, 가스를 재순환시키므로, 방출 가스 유량을 대폭 낮출 수 있어, 질소 산화물의 방출량을 저감시킬 수 있다. 또, 순환된 질소 산화물은 다시 촉매 산화탑으로 되돌리고, 식 (2) 와 같이 암모니아와 반응하여 분해 제거되므로, 질소 산화물의 절대량을 저감시킬 수 있어, 대기로의 질소 산화물의 방출량을 더욱 대폭적으로 저감시킬 수 있다.The amount of nitrogen oxide emitted is expressed as the product of the gas flow rate and its concentration as shown in Equation (1). However, in the method of the present invention, since the gas is recycled, the discharged gas flow rate can be significantly lowered, and the amount of nitrogen oxide discharged can be reduced. In addition, the circulated nitrogen oxide is returned to the catalytic oxidation tower again and reacted with ammonia as shown in Equation (2) to be decomposed and removed, so that the absolute amount of nitrogen oxide can be reduced, further drastically reducing the amount of nitrogen oxide emitted to the atmosphere. I can make it.
대기로의 질소 산화물 방출량=가스 유량×질소 산화물 농도 …(1)The amount of nitrogen oxides released into the atmosphere = gas flow × nitrogen oxide concentration… (One)
NOx+NH3→N2+H2O …(2)NOx+NH 3 →N 2 +H 2 O… (2)
상기 방산탑 (1) 내의 탑정부의 가스 출구의 온도를 검출하도록 온도 센서 (30) 가 형성되어 있고, 이 검출 온도 신호가 제어기 (31) 에 입력된다. 이 검출 온도가 45 ∼ 70 ℃, 바람직하게는 50 ∼ 65 ℃ 가 되도록 밸브 (10) 에 의해 열교환기 (8) 로의 스팀 공급량이 제어된다. 또한, 스팀 가열을 실시하지 않아도 센서 (30) 의 검출 온도가 45 ∼ 70 ℃ 의 범위가 되는 경우에는, 열교환기 (8) 로의 스팀 공급을 정지시킨다.A
배관 (20) 중, 배관 (21) 의 분기부보다 하류측이며 또한 배관 (24) 의 합류부보다 상류측에 유량 센서 (33) 가 형성되어 있다. 또, 신규 공기 취입용 배관 (24) 에 유량 센서 (34) 가 형성되어 있다. 이들 유량 센서 (33, 34) 의 검출 유량 신호가 제어기 (31) 에 입력되고, 촉매 반응기 (16) 로부터의 순환 가스 유량 (Fc) (유량 센서 (33) 의 검출 유량) 은 항시 일정 유량을 유지하도록 제어되고, 공기 블로어 (23) 로부터의 신규 공기 유량 (Ff) (유량 센서 (34) 의 검출 유량) 은 암모니아와의 당량에 대해 충분한 양이 되는 일정량으로 제어된다. 이 결과, 통상적인 SC-1 배수의 경우, Fc/Ff 는 15 ∼ 60 정도가 된다.Among the
이와 같이 신규 취입 공기의 유량 (Ff) 을 순환 가스 유량 (Fc) 의 1/15 ∼ 1/60 으로 함으로써, 신규 공기 취입량은 촉매 반응기 (16) 에서의 암모니아 산화 반응에 필요한 양론량의 1.05 ∼ 1.5 배 정도의 필요 최소량이 되고, 그 이외에는 전부 순환 가스를 사용하게 된다.In this way, by setting the flow rate Ff of the new blown air to 1/15 to 1/60 of the circulating gas flow rate Fc, the amount of new air blown is 1.05 to the stoichiometric amount required for the ammonia oxidation reaction in the
또, 방산탑의 온도를 45 ∼ 70 ℃ 로 하면서, 스트리핑 가스량 (Fc+Ff) 을 이론상 필요한 최소 유량의 200 % 미만으로 함으로써, 적은 공기 취입량으로 안전하게 또한 효율적으로 스트리핑하는 것이 가능해진다. 단, 방산 온도가 45 ℃ 초과이기 때문에 방산 가스의 수증기 함유율이 높아지고, 촉매 반응기 (16) 의 촉매 수명은 종래보다 짧아져 비용 상승이 되지만, 에너지 비용이 내려가 전체적으로 운전비를 종래보다 저감시킬 수 있다.Moreover, by making the stripping gas amount (Fc+Ff) less than 200% of the theoretically necessary minimum flow rate while making the temperature of a defense tower 45-70 degreeC, it becomes possible to strip it safely and efficiently with a small air blowing amount. However, since the dissipation temperature exceeds 45° C., the water vapor content of the dissipation gas increases, and the catalyst life of the
도 2 는, 도 1 의 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법 및 장치에 있어서, 스트리핑의 효율을 높이기 위해서 방산탑 (1) 을 보다 높은 온도 (예를 들어 50 ℃) 에서 운전하고, 방산탑 (1) 으로부터의 유출 가스를 인도하는 배관 (13) 에, 가스 온도를 45 ℃ 보다 낮은 온도 (예를 들어 40 ∼ 45 ℃) 로까지 냉각시키기 위한 냉각용 열교환기 (40) 와 기액 분리 탱크 (41) 를 설치한 것이다. 열교환기 (40) 에는 냉온 유체로서 온도 30 ∼ 35 ℃ 정도의 냉수 (CW) 가 통수된다. 기액 분리 탱크 (41) 에서 가스로부터 분리된 응축수는, 배관 (42) 을 통해 방산탑 (1) 내의 바람직하게는 충전층 (3) 상측의 살수 노즐 (42a) 로부터 살수된다.FIG. 2 is a method and apparatus for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water in FIG. 1, in order to increase the efficiency of stripping, the
기액 분리 탱크 (41) 로부터의 가스는, 배관 (41a) 을 통해 열교환기 (14) 에 보내지고, 승온된 후 촉매 반응기 (16) 에 도입된다. 도 2 의 그 밖의 구성은 도 1 과 동일하고, 동일 부호는 동일 부분을 나타내고 있다.The gas from the gas-
이 도 2 의 방법 및 장치에서는, 방산탑 (1) 으로부터의 방산 가스를 열교환기 (40) 에서 45 ℃ 보다 낮은 온도까지 냉각시켜 수분을 응축시키고, 기액 분리 탱크 (41) 에서 응축수를 분리하므로, 가스의 함수율이 10 vol% 이하로 내려간다. 이로써, 방산탑을 높은 효율로 운전하면서 촉매 반응기 (16) 의 촉매에 대한 부하가 저감되어 촉매 수명을 길게 할 수 있다. 단, 방산 가스를 냉각시키며 수증기를 응축시켜 방산탑 (1) 으로 되돌린 물을, 방산탑 (1) 내에서 재차 증발시켜야 하므로, 그 만큼 도 1 의 방법 및 장치보다 에너지 비용이 상승된다.In the method and apparatus of FIG. 2, the gas from the
도 3 의 방법 및 장치는, 도 2 의 방법 및 장치보다 고온, 저풍량으로 효율적으로 스트리핑하는 것으로, 방산탑 (1) 으로부터의 가스를 압축기 (43) 에서 압축시킨 후, 냉각용 열교환기 (44) 에서 냉각시킨다. 이 열교환기 (44) 의 저온 유체 (탑저액) 로서 배관 (6) 으로부터 분기된 배관 (46) 에 의해 처리수의 일부가 도입된다. 열교환기 (44) 에서 열교환함으로써 승온된 처리수의 일부는, 배관 (47) 을 통해 방산탑 (1) 내 (바람직하게는 충전층 (3) 의 하측) 로 되돌려진다.The method and apparatus of FIG. 3 is more efficient stripping with a higher temperature and lower air volume than the method and apparatus of FIG. 2. After the gas from the
압축기 (43) 로부터의 고온 가스를 열교환기 (44) 로 냉각시켜 응축시키므로, 열교환기 (44) 로부터 배관 (47) 을 통해 방산탑 (1) 으로 되돌리는 탑저액의 온도가 97 ∼ 110 ℃, 특히 100 ∼ 105 ℃ 정도로 높아진다.Since the hot gas from the compressor 43 is cooled by the
압축된 방산 가스가 열교환기 (44) 에서 냉각된 후, 기액 분리 탱크 (48) 에 도입된다. 이 응축수는, 기액 분리 탱크 (48) 의 저부로부터 배관 (49) 을 통해 꺼내어지고, 감압 밸브 (50) 및 배관 (51) 을 통해 피처리수 공급 배관 (2) 으로 되돌려진다.After the compressed emission gas is cooled in the
기액 분리 탱크 (48) 에서 응축수가 분리된 가스는, 냉수를 냉온 유체로 하는 냉각용 열교환기 (40) 에서 냉각된 후, 기액 분리 탱크 (41) 에서 응축수가 분리된다. 이 도 3 의 실시 형태에서는, 기액 분리 탱크 (41) 에서 분리된 응축수는, 배관 (52) 을 통해 피처리 배수 공급 배관 (2) 으로 되돌려지도록 구성되어 있지만, 도 2 와 마찬가지로 방산탑 (1) 의 상부로 되돌려져도 된다.The gas from which the condensed water is separated in the gas-
이 기액 분리 탱크 (48) 로부터의 가스를, 도 2 의 경우와 마찬가지로 열교환기 (40) 에서 냉각시켜 수증기를 응축시키고, 기액 분리 탱크 (41) 에서 응축수를 분리하고, 그 후, 감압 밸브 (45) 를 통과하여 열교환기 (14) 에 의해 가온시킨 후, 촉매 반응기 (16) 에 공급한다. 또한, 이 기액 분리 탱크 (48) 로부터의 응축수는 배관 (51) 에 의해 피처리수 공급 배관 (2) 로 되돌려지고 있지만, 도 2 의 배관 (42) 과 같이 방산탑 (1) 상부의 노즐 (42a) 에 공급하도록 구성되어도 된다.The gas from the gas-
도 3 의 장치에서는, 압축기 (43) 의 회전수, 열교환기 (40) 로의 냉각수 통수량 등을 제어함으로써 방산탑 (1) 의 탑정 가스 온도를 제어할 수 있다. 도 3 의 그 밖의 구성은 도 2 와 동일하고, 동일 부호는 동일 부분을 나타내고 있다.In the apparatus of FIG. 3, the temperature of the overhead gas of the
이 도 3 의 방법 및 장치에 따르면, 방산탑 (1) 으로부터의 방산 가스를 압축기 (43) 에서 단열 압축시킴으로써 가스를 고온으로 승온시키고, 이어서 열교환기 (44) 에서 탑저액과 열교환시켜 강온시킴과 함께 수증기를 응축시키고, 기액 분리 탱크 (48) 에서 응축수를 분리하고, 가스의 함수율을 낮춘다. 이 경우의 응축 온도는 탑저액 온도 (예를 들어 60 ℃) 이하로는 할 수 없으므로, 추가로 냉각수를 사용한 열교환기 (40) 에서 45 ℃ 이하로 냉각시키고 기액 분리 탱크 (41) 에서 응축수를 분리하여 가스의 함수율을 10 vol% 이하까지 낮춘다. 이로써 촉매 반응기 (16) 의 도입 가스의 함수율이 낮아져 촉매 수명을 길게 할 수 있다.According to the method and apparatus of FIG. 3, the gas is heated to a high temperature by adiabatic compression of the gas from the
도 4 는 도 1 의 방법 및 장치에 있어서, 피처리수 공급 배관 (2) 에 공급되는 피처리수의 pH 를 9 이상, 바람직하게는 10.5 ∼ 12 로 조정하기 위해서, 알칼리 첨가 수단 (81) 을 가진 pH 조정조 (80) 를 설치하고 있다. 또, 처리수 중의 과산화수소 농도를 낮게 하기 위해서, 탑저액의 일부를 열교환기 (60) 에서 가열하여 탑저액 중의 과산화수소를 분해시키고, 기액 분리기 (64) 에서 기액 분리 후, 액을 처리수로서 꺼내고, 가스를 방산탑 (1) 의 상부로 되돌리도록 하고 있다.4 is an alkali adding means 81 in order to adjust the pH of the water to be treated supplied to the treatment
즉, 방산탑 (1) 의 탑저액 (L) 의 일부는, 배관 (4), 펌프 (5), 배관 (6, 6a) 을 통해 열교환기 (60) 에 통액되어 가열된다. 이 열교환기 (60) 의 전열 튜브 (60a) 에 가열용 고온 유체를 유통시키기 위해서, 상기 촉매 반응기 (16) 로부터의 반응 가스 배관 (17) 도중 (열교환기 (14) 보다 촉매 반응기 (16) 측) 에 열교환기 (70) 가 설치되고, 열매체 (예를 들어 열매체 오일) 가 배관 (71), 전열 튜브 (60a), 배관 (72), 순환 펌프 (73), 배관 (74) 을 통해 열교환기 (60, 70) 사이를 순환하도록 구성되어 있다.That is, a part of the bottom liquid L of the
탑저액 (L) 이 열교환기 (60) 에서 바람직하게는 90 ℃ 이상, 예를 들어 90 ∼ 98 ℃ 로 가열됨으로써, 과산화수소의 분해가 진행된다. 열교환기 (60) 에 의해 가열된 액은, 배관 (61) 으로부터 열교환기 (62) 에 통액되고, 피처리수와 열교환하여 25 ∼ 35 ℃, 예를 들어 약 30 ℃ 까지 강온시킨 후, 배관 (63) 을 통해 기액 분리 탱크 (64) 에 도입되어 기액 분리 처리된다. 가스가 분리된 처리수는 배관 (65) 을 통해 꺼내지고, 과산화수소의 분해에 의해 발생된 O2 나, 그 밖의 성분 (예를 들어 수증기) 을 함유한 가스는 배관 (66) 을 통해 방산탑 (1) 의 상부 (데미스터 (12) 보다 하측) 에 도입된다. 도 4 의 그 밖의 구성은 도 1 과 동일하고, 동일 부호는 동일 부분을 나타내고 있다.When the bottom liquid L is heated in the
이 도 4 의 방법 및 장치에 따르면, 과산화수소가 충분히 분해된 처리수가 배관 (65) 으로부터 얻어진다. 또, 이 실시 형태에서는, 열교환기 (60) 로부터의 고온 처리수를 열교환기 (62) 에서 피처리수와 열교환시키고, 배관 (2) 으로부터 방산탑 (1) 에 도입되는 피처리수의 온도를 높게 (바람직하게는 80 ∼ 100 ℃, 예를 들어 약 90 ℃) 하고 있으므로, 열교환기 (8) 의 부하가 경감된다.According to the method and apparatus of FIG. 4, the treated water in which hydrogen peroxide has been sufficiently decomposed is obtained from the
상기 실시 형태는 모두 본 발명의 일례이며, 본 발명은 도시된 것 이외의 형태로 되어 있어도 된다. 예를 들어, 도 4 에 나타내는 과산화수소 분해 기구 (열교환기 (60, 62, 70), 기액 분리기 (64), 순환 펌프 (73) 및 각 배관) 를 도 1 ∼ 3 의 장치에 설치해도 된다. 또, 도 4 에 있어서, 도 2 또는 도 3 에 나타내는 방산 가스 응축 기구를 설치해도 된다. 또한, 도 1 ∼ 3 에 있어서는 피처리수의 pH 를 9 이상으로 조정하기 위한 pH 조정조 (80) 및 알칼리 첨가 수단 (81) 을 생략하고 있지만, 이를 설치하여 pH 를 조정하는 것으로 한다.All of the above embodiments are examples of the present invention, and the present invention may have forms other than those shown. For example, the hydrogen peroxide decomposition mechanism shown in FIG. 4 (
실시예Example
이하에 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
이하의 실시예에서 처리한 원수는, 암모니아 농도 2000 ㎎/ℓ, 과산화수소 농도 5000 ㎎/ℓ 의 SC-1 공정으로부터의 배수를 pH 11 로 조정한 것이며, 이 원수를 41.7 ㎥/hr 로 방산탑 (1) 에 공급하였다. 방산탑 (1) 의 직경은 1.8 m, 충전 높이는 7.8 m 이다. 촉매 반응기 (16) 에는 귀금속계 촉매를 4.3 ㎥ 충전시켰다. 암모니아 농도의 측정은 이온 전극법에 의해 실시하고, 과산화수소 농도의 측정은 황산 티탄법에 의해 실시하였다.The raw water treated in the following examples was obtained by adjusting the water discharged from the SC-1 process with an ammonia concentration of 2000 mg/L and a hydrogen peroxide concentration of 5000 mg/L to
[실시예 1 ∼ 2, 비교예 1 ∼ 2][Examples 1 to 2, Comparative Examples 1 to 2]
도 1 에 나타내는 처리 플로우에 따라 표 1 에 나타내는 조건에서 처리하고, 결과를 표 1 에 나타냈다. 또한, 표 1 중, 방산 가스의 함수율은, 방산탑의 탑정 가스의 함수율이고, 촉매 반응기 유입 가스 함수율은 촉매 반응기의 입구 가스의 함수율이고, 각각 추기 (抽氣) 하여 가스 분석함으로써 구한 값이다. 탑정 가스 온도는 온도 센서 (30) 의 검출 온도이다.It processed under the conditions shown in Table 1 according to the processing flow shown in FIG. 1, and the results are shown in Table 1. In Table 1, the moisture content of the dissipating gas is the moisture content of the top gas of the defense tower, and the moisture content of the inlet gas of the catalytic reactor is the moisture content of the inlet gas of the catalytic reactor, and each is a value obtained by additionally performing gas analysis. The overhead gas temperature is the detection temperature of the
실시예 1 과 같이 방산탑의 온도를 높게 함으로써, 적은 풍량으로 암모니아의 99% 를 방산시키고, 적은 촉매량으로 암모니아를 분해시킬 수 있다. 또, 촉매 반응기 입구 히터에 열부하를 가하지 않고 분해가 가능하다.By raising the temperature of the defense tower as in Example 1, it is possible to dissipate 99% of ammonia with a small air volume and decompose ammonia with a small catalytic amount. In addition, decomposition is possible without applying a heat load to the inlet heater of the catalytic reactor.
실시예 2 와 같이 방산탑 온도를 50 ℃ 까지 낮추면, 방산탑 가스량을 28000 N㎥/h 까지 증가시켜야 한다. 이 때문에, 촉매량은 3.0 ㎥ 에서 4.3 ㎥ 로 증가된다. 또, 촉매 반응기 입구 히터의 열부하를 202 kW 로 해야 한다. 그러나, 가스 중의 수분량이 19.6 vol% 에서 12.1 vol% 로 감소되므로 촉매 수명은 길어지는 것을 기대할 수 있다.When the temperature of the defense tower is lowered to 50 °C as in Example 2, the amount of gas in the defense tower must be increased to 28000
비교예 1 에서는 방산탑 운전 온도가 40 ℃ 이다. 이 때문에, 방산탑 가스량은 41000 N㎥/h 가 되고, 촉매량은 6.3 ㎥ 를 필요로 한다. 또, 촉매 반응기 입구 히터의 열부하는 335 kW 가 된다. 저함수율이지만, 히터 부하가 크므로 러닝 코스트 전체를 상승시키는 결과가 된다.In Comparative Example 1, the operating temperature of the defense tower is 40°C. For this reason, the amount of gas in the defense tower is 41000 Nm3/h, and the amount of catalyst requires 6.3 m3. In addition, the heat load of the inlet heater of the catalytic reactor is 335 kW. Although the water content is low, the heater load is large, resulting in an increase in the overall running cost.
비교예 2 에서는, 신규 공기량을 480 N㎥/h 까지 낮춘 바, 촉매 반응기 출구의 산소 농도가 제로가 되고, 미반응 암모니아가 100 ppm 로까지 증가되었다. 480 N㎥/h 는 암모니아와 딱 당량이 되는 산소량이므로, 그 이상의 산소가 필요해짐을 알 수 있다.In Comparative Example 2, when the amount of new air was lowered to 480
[실시예 3, 비교예 3][Example 3, Comparative Example 3]
도 2 에 나타내는 처리 플로우에 따라 표 2 에 나타내는 조건에서 처리하고, 결과를 표 2 에 나타냈다. 또한, 열교환기 (40) 에 의해 방산탑 (1) 의 탑정 유출 가스를 45 ℃ 로 냉각시켜 기액 분리 탱크 (41) 에 도입하였다.According to the processing flow shown in FIG. 2, it processed under the conditions shown in Table 2, and the result was shown in Table 2. Further, the top effluent gas of the
표 2 에 나타내는 실시예 3 은, 비교예 3 과 비교하여 신규 공기량을 적게 하였기 때문에 방산탑 탑저 히터 및 촉매 반응기 입구 히터의 부하가 작아진다. 또, 실시예 3 은 표 1 의 실시예와 비교하여 가열용 에너지나 냉각수 등의 유틸리티 비용이 소요되지만, 촉매 반응기에 들어가는 가스의 함수율이 현격히 낮기 때문에, 장기의 촉매 수명을 기대할 수 있다. 촉매 교환 비용을 고려하면, 운전비 저감에 공헌할 수 있다.In Example 3 shown in Table 2, as compared with Comparative Example 3, the amount of new air was reduced, so that the load of the tower bottom heater and the catalytic reactor inlet heater was reduced. In addition, in Example 3, compared to the examples in Table 1, utility costs such as heating energy and cooling water are required, but since the moisture content of the gas entering the catalytic reactor is remarkably low, a long catalyst life can be expected. Considering the cost of replacing the catalyst, it can contribute to reducing the operating cost.
[실시예 4][Example 4]
도 2 의 플로우에 기초하는 실시예 3 은, 도 1 의 플로우에 기초하는 실시예 1 과 비교하면, 촉매 반응기 입구 가스의 함수율은 낮아지지만, 촉매 반응기 입구 히터의 부하가 커지고, 또한 냉각수가 필요해진다. 유틸리티 비용이 큰 것이 실시예 3 의 단점이다. 이를 개선시키는 방법으로서 도 3 에 나타내는 바와 같이 탑정 가스로부터 증기 압축에 의해 열회수하여 에너지 소비를 저감시키는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 방산탑 운전 온도를 더 높게 해서 탑정 가스의 함수율을 높이고, 촉매 반응기 유입 가스량을 줄여 촉매량을 적게 하는 것이 득책이다.In Example 3 based on the flow of Fig. 2, compared with Example 1 based on the flow of Fig. 1, the moisture content of the catalytic reactor inlet gas is lowered, but the load on the catalytic reactor inlet heater is increased, and cooling water is required. . The high utility cost is a disadvantage of Example 3. As a method of improving this, it is conceivable to reduce energy consumption by recovering heat from the overhead gas by vapor compression as shown in FIG. 3. In this case, it is advantageous to increase the water content of the overhead gas by increasing the operating temperature of the defense tower, and to reduce the amount of catalyst by reducing the amount of gas flowing into the catalytic reactor.
도 3 에 나타내는 처리 플로우에 따라 표 3 에 나타내는 조건에서 처리하고, 결과를 표 3 에 나타냈다. 또한, 압축기 (43) 에서 압축 후의 가스 온도는 133 ℃ 이고, 이를 열교환기 (44) 에서 80 ℃ 까지 냉각시키고, 기액 분리 탱크 (48) 에서 기액 분리하였다. 이 분리 가스를 열교환기 (40) 에서 45 ℃ 로 강온시키고 기액 분리 탱크 (41) 에 도입하였다. 방산탑 (1) 의 탑정 가스 온도는 탑저 히터에 의해 제어하였다.According to the processing flow shown in FIG. 3, it processed under the conditions shown in Table 3, and the results are shown in Table 3. Further, the gas temperature after compression in the compressor 43 was 133°C, which was cooled to 80°C in the
실시예 4 와 실시예 3 을 비교하면, 실시예 4 에서는 압축기 동력이 가해지지만, 촉매의 양을 줄일 수 있다. 동력비와 촉매 가격의 밸런스에 따라 플로우를 선택하면 된다.Comparing Example 4 and Example 3, in Example 4, compressor power is applied, but the amount of catalyst can be reduced. You can choose the flow according to the balance between power cost and catalyst price.
[실시예 5][Example 5]
도 4 에 나타내는 처리 플로우에 따라 표 4 에 나타내는 조건에서 처리하고, 결과를 표 4 에 나타냈다. 또한 원수를 pH 조정조 (80) 에 도입하고, 수산화 나트륨을 첨가하여 pH 11.0 으로 하였다. 열교환기 (60) 에서는, 탑저액을 90 ℃ 로 가열하고, 이를 열교환기 (62) 에서 30 ℃ 로 강온시킨 후, 기액 분리기 (64) 에 도입하였다. 그 밖의 조건은 실시예 1 과 동일하다.According to the processing flow shown in FIG. 4, it processed under the conditions shown in Table 4, and the result was shown in Table 4. Further, raw water was introduced into the
[고찰][Review]
표 1 ∼ 4 에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 관련된 각 실시예에 따르면 암모니아 및 과산화수소의 농도를 충분히 저하시킬 수 있다. 특히 실시예 1, 2 에 따르면 종래법보다 촉매량을 대폭 삭감시킬 수 있고, 실시예 3 에 따르면 촉매 반응기 입구 가스 중의 수분 농도를 낮게 할 수 있으므로, 촉매 수명을 대폭 길게 할 수 있고, 실시예 4 에 따르면 적은 촉매량으로 장기간의 촉매 수명을 기대할 수 있고, 실시예 5 에 따르면 처리수 중의 과산화수소 농도를 현저히 낮게 할 수 있다.As can be seen from Tables 1 to 4, according to each example related to the present invention, the concentration of ammonia and hydrogen peroxide can be sufficiently reduced. In particular, according to Examples 1 and 2, the amount of catalyst can be significantly reduced compared to the conventional method, and according to Example 3, the moisture concentration in the inlet gas of the catalytic reactor can be reduced, so that the catalyst life can be significantly increased, and in Example 4 According to this method, a long catalyst life can be expected with a small amount of catalyst, and according to Example 5, the concentration of hydrogen peroxide in the treated water can be significantly reduced.
1 : 방산탑
3 : 충전층
16 : 촉매 반응기
22 : 연돌
30 : 온도 센서
31 : 제어기
33, 34 : 유량계
41, 48, 64 : 기액 분리 탱크
43 : 압축기
80 : pH 조정조
81 : 알칼리 첨가 수단1: Defense Tower
3: filling layer
16: catalytic reactor
22: stack
30: temperature sensor
31: controller
33, 34: flow meter
41, 48, 64: gas-liquid separation tank
43: compressor
80: pH adjustment tank
81: alkali addition means
Claims (12)
그 방산탑으로부터의 방산 가스를 촉매 산화 처리하는 촉매 산화 공정과,
그 촉매 산화 공정으로부터의 처리 가스의 일부를 상기 방산탑에 순환시키면서, 이 순환 가스에 대하여 신규 공기를 취입하는 가스 순환 공급 공정
을 갖는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법에 있어서,
그 방산탑의 온도를 45 ∼ 70 ℃ 로 하면서,
그 신규 공기 취입 유량에 대한 상기 처리 가스의 순환 가스 유량을 15 ∼ 60 배로 하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법.A defense process in which water containing hydrogen peroxide and ammonia is introduced into the defense tower, and gas is blown into the defense tower for dissipation treatment;
A catalytic oxidation step of catalytic oxidation treatment of the emission gas from the defense tower;
A gas circulation supply step in which fresh air is blown into the circulating gas while circulating a part of the processed gas from the catalytic oxidation step to the defense tower
In the treatment method of water containing hydrogen peroxide and ammonia having,
While the temperature of the defense tower is 45 to 70°C,
A method for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water, wherein the flow rate of the circulating gas of the process gas is increased from 15 to 60 times the new air blowing flow rate.
상기 촉매 산화 공정에 공급되는 상기 방산 가스의 함수율이 10 체적% 이하인 것을 특징으로 하는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법.The method of claim 1,
A method for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water, wherein the moisture content of the emission gas supplied to the catalytic oxidation step is 10% by volume or less.
상기 방산 가스를 냉각시켜 응축수를 생성시키고, 그 응축수를 분리한 가스를 상기 촉매 산화 공정에 공급하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법.The method according to claim 1 or 2,
A method for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water, characterized in that the dissipating gas is cooled to generate condensed water, and a gas obtained by separating the condensed water is supplied to the catalytic oxidation step.
상기 방산 가스를 단열 압축시키고, 방산탑의 탑저액과 열교환시키며 냉각시켜 제 1 응축수를 생성시키고, 그 제 1 응축수를 분리한 가스를 냉각수와 열교환시키며 냉각시켜 제 2 응축수를 생성시키고, 그 제 2 응축수를 분리한 가스를 압력 개방한 후에 상기 촉매 산화 공정에 송급하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법.The method according to claim 1 or 2,
The dissipation gas is adiabatically compressed, heat exchanged with the bottom liquid of the defense tower, and cooled to generate first condensed water, and the gas separated from the first condensed water is heat-exchanged with cooling water to cool to generate second condensed water, and the second A method for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water, characterized in that the gas obtained by separating the condensed water is released under pressure and then fed to the catalytic oxidation step.
상기 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 암모니아 농도가 500 ㎎/ℓ 이상이며, 과산화수소 농도가 1000 ㎎/ℓ 이상인 것을 특징으로 하는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법.The method according to claim 1 or 2,
A method for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water, wherein the hydrogen peroxide and ammonia-containing water has an ammonia concentration of 500 mg/L or more and a hydrogen peroxide concentration of 1000 mg/L or more.
상기 과산화수소 및 암모니아 함유 수를 pH 9 이상으로 조정하여 상기 방산탑에 도입하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법.The method according to claim 1 or 2,
The hydrogen peroxide and ammonia-containing water are adjusted to a pH of 9 or more and introduced into the defense tower.
상기 방산탑의 탑저액을 방산탑으로부터 인발하고 90 ℃ 이상으로 가열하여 과산화수소를 분해시키는 것을 특징으로 하는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 방법.The method according to claim 1 or 2,
A method for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water, characterized in that the bottom liquid of the defense tower is drawn from the defense tower and heated to 90°C or higher to decompose hydrogen peroxide.
그 방산탑으로부터의 방산 가스를 촉매 산화 처리하는 촉매 산화탑과,
촉매 산화탑으로부터의 처리 가스의 일부를 상기 방산탑에 순환시키는 가스 순환 수단과,
그 가스 순환 수단의 순환 가스에 대하여 신규 공기를 취입하는 신규 공기 취입 수단
을 갖는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 장치에 있어서,
그 방산탑의 온도를 45 ∼ 70 ℃ 로 하는 온도 제어 수단과,
그 순환 가스로의 공기 취입량에 대한 상기 처리 가스의 순환 가스 유량을 15 ∼ 60 배로 하는 유량 제어 수단
을 구비한 것을 특징으로 하는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 장치.A defense tower having a means for introducing water containing hydrogen peroxide and ammonia and a means for injecting a gas for gas dissipation;
A catalytic oxidation tower for catalytic oxidation treatment of the emission gas from the defense tower;
Gas circulation means for circulating a part of the process gas from the catalytic oxidation tower to the defense tower;
New air intake means for injecting fresh air into the circulating gas of the gas circulation means
In the apparatus for treating water containing hydrogen peroxide and ammonia,
Temperature control means for setting the temperature of the defense tower to 45 to 70°C,
Flow control means for increasing the flow rate of the circulating gas of the processing gas to 15 to 60 times the amount of air blown into the circulating gas
An apparatus for treating water containing hydrogen peroxide and ammonia, comprising:
상기 방산 가스를 냉각시켜 응축수를 생성시키는 수단과,
그 응축수를 가스로부터 분리하는 수단과,
응축수가 분리된 가스를 상기 촉매 산화탑에 공급하는 수단
을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 장치.The method of claim 8,
Means for generating condensed water by cooling the emission gas,
Means for separating the condensed water from the gas,
Means for supplying the gas separated by condensed water to the catalytic oxidation tower
Hydrogen peroxide and ammonia-containing water treatment apparatus, characterized in that it further comprises.
상기 방산 가스를 단열 압축시키고, 상기 방산탑의 탑저액과의 열교환에 의해 냉각시켜 제 1 응축수를 생성시키는 수단과,
그 제 1 응축수를 가스로부터 분리하는 수단과,
그 제 1 응축수가 분리된 가스를 냉각수와 열교환시켜 냉각시키고 제 2 응축수를 생성시키는 수단과,
그 제 2 응축수를 가스로부터 분리하는 수단과,
그 제 2 응축수가 분리된 가스를 압력 개방한 후에 상기 촉매 산화탑에 공급하는 수단
을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 장치.The method of claim 8,
Means for adiabatically compressing the emission gas and cooling it by heat exchange with the bottom liquid of the defense tower to generate first condensed water;
Means for separating the first condensed water from the gas,
A means for cooling the gas separated from the first condensed water by heat exchange with cooling water to generate second condensed water;
Means for separating the second condensed water from the gas,
Means for supplying the gas separated by the second condensed water to the catalytic oxidation tower after pressure release
Hydrogen peroxide and ammonia-containing water treatment apparatus, characterized in that it further comprises.
상기 방산탑에 도입되는 과산화수소 및 암모니아 함유 수를 pH 9 이상으로 조정하여 상기 방산탑에 도입하는 pH 조정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 장치.The method according to any one of claims 8 to 10,
A device for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water, comprising: a pH adjusting means for adjusting the hydrogen peroxide and ammonia-containing water introduced into the defense tower to a pH of 9 or more and introducing the water into the defense tower.
상기 방산탑의 탑저액을 방산탑으로부터 인발하고 90 ℃ 이상으로 가열하여 과산화수소를 분해시키는 가열 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 과산화수소 및 암모니아 함유 수의 처리 장치.The method according to any one of claims 8 to 10,
A device for treating hydrogen peroxide and ammonia-containing water, comprising: a heating means for decomposing hydrogen peroxide by drawing the bottom liquid of the defense tower from the defense tower and heating it to 90°C or higher.
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