KR102205282B1 - Method and apparatus of sodium bicarbonate production - Google Patents

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KR102205282B1
KR102205282B1 KR1020190097716A KR20190097716A KR102205282B1 KR 102205282 B1 KR102205282 B1 KR 102205282B1 KR 1020190097716 A KR1020190097716 A KR 1020190097716A KR 20190097716 A KR20190097716 A KR 20190097716A KR 102205282 B1 KR102205282 B1 KR 102205282B1
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sodium carbonate
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이동욱
이지현
곽노상
심재구
이정현
주지선
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한국전력공사
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    • C01DCOMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D7/00Carbonates of sodium, potassium or alkali metals in general
    • C01D7/10Preparation of bicarbonates from carbonates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J10/00Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor
    • B01J10/002Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor carried out in foam, aerosol or bubbles

Abstract

The present invention relates to an apparatus and method for preparing sodium bicarbonate and, more particularly, to an apparatus and method for preparing sodium bicarbonate, which comprises the steps of: supplying an aqueous sodium carbonate solution generated in a caprolactam (C_6H_11NO) production process; supplying combustion exhaust gas containing carbon dioxide (CO_2); preparing sodium bicarbonate (NaHCO_3) slurry by subjecting the aqueous sodium carbonate solution and the combustion exhaust gas to a bicarbonation reaction in a bubble column containing a micro-bubbler; and transferring the sodium bicarbonate slurry to a dehydration process to separate into powder and mother liquid.

Description

중탄산소다 제조장치 및 이의 제조방법{Method and apparatus of sodium bicarbonate production}Sodium bicarbonate production apparatus and method for producing the same TECHNICAL FIELD [Method and apparatus of sodium bicarbonate production]

본 발명은 중탄산소다 제조장치 및 중탄산소다 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing sodium bicarbonate and a method for producing sodium bicarbonate.

최근 환경에 대한 중요성이 증가함에 따라 대기 중의 이산화탄소에 대한 규제가 매우 심화되고 있다. 특히 교토의정서의 발효와 함께 세계적으로 대기체류시간 및 온실효과 기여도 그리고 국내 총 배출량이 가장 큰 이산화탄소 발생량의 감축 및 발생 이산화탄소의 처리에 골몰하고 있는 실정에서 국내 각종 산업의 생존을 위해 이러한 규제에 능동적 대응이 필요하다.In recent years, as the importance of the environment increases, regulations on carbon dioxide in the atmosphere are becoming very severe. In particular, with the entry into force of the Kyoto Protocol, we are actively responding to these regulations for the survival of various domestic industries, as we are focusing on reducing the amount of carbon dioxide generated, which has the largest total domestic emissions, and the contribution to the greenhouse effect, and the amount of carbon dioxide generated worldwide. I need this.

대표적 온실가스인 이산화탄소의 감축에 따라, 발전소의 이산화탄소 감축이 시급한 상황이며, 현재 이산화탄소를 분리 및 회수하는 기술에 대한 연구가 진행 중이다. Along with the reduction of carbon dioxide, which is a representative greenhouse gas, there is an urgent need to reduce carbon dioxide in power plants, and research on technology for separating and recovering carbon dioxide is currently underway.

그러나 이산화탄소를 분리 및 회수하기 위한 설비 운영은 매우 높은 에너지가 소모되는 단점이 있다. 따라서 배출되는 이산화탄소를 포함한 배기가스를 활용하여, 고부가 화합물을 제조할 수 있는 장치 개발이 필요한 실정이다.However, operating a facility for separating and recovering carbon dioxide has a disadvantage in that very high energy is consumed. Therefore, there is a need to develop a device capable of manufacturing a high value-added compound using exhaust gas including carbon dioxide emitted.

한편, 카프로락탐은 원유로부터 얻어지는 싸이크로헥산과 암모니아 및 유황 등을 주원료로 하여 만들어지며 의류를 비롯하여 타이어코드, 어망, 카펫트 등의 제조에 쓰이는 나일론 섬유와 기계부품 및 엔지니어링 플라스틱의 제조에 쓰이는 나일론수지의 원료로 사용되고 있다. 이러한 카프로락탐은 생산 시 공정상의 부산물로 월 1만 톤 규모의 탄산소다 수용액이 발생하게 되는데 이를 처리하기 위하여 많은 처리비용이 들어가게 된다. 이에 일부 탄산소다 수용액은 폐수 등의 중화처리에 활용되고 있으나, 이를 처리하기 위한 연구가 계속적으로 진행되고 있다.On the other hand, caprolactam is made using cyclohexane, ammonia and sulfur obtained from crude oil as main ingredients, nylon fibers used in the manufacture of clothes, tire cords, fishing nets, carpets, and nylon resins used in the manufacture of mechanical parts and engineering plastics. It is used as a raw material for Such caprolactam is produced as a by-product of the process and generates an aqueous solution of sodium carbonate with a scale of 10,000 tons per month, which incurs a large treatment cost. Accordingly, some aqueous solutions of sodium carbonate are used for neutralization treatment of wastewater, but research to treat them is continuing.

본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 화력발전소, 시멘트 및 석유화학공장 등에서 배출되는 연소배가스 중 포함되어 있는 이산화탄소와 카프로락탐의 생산 공정에서 발생되는 탄산소다 수용액을 활용하여 중탄산소다를 제조하는 제조방법 및 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The technical problem to be solved of the present invention is a manufacturing method for producing sodium bicarbonate using carbon dioxide contained in combustion exhaust gas discharged from a thermal power plant, a cement, and a petrochemical plant, and an aqueous solution of sodium carbonate generated in the production process of caprolactam, and It is an object to provide a manufacturing apparatus.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 연소배가스 및 카프로락탐(C6H11NO)생산 부산물을 이용하여 중탄산소다를 제조하는 장치에 있어서, 카프로락탐(C6H11NO) 생산 공정에서 발생되는 탄산소다 수용액을 공급하는 탄산소다 수용액 공급부, 이산화탄소(CO2)를 포함하는 연소배가스를 공급하는 연소배가스 공급부, 상기 탄산소다 수용액 및 상기 연소배가스가 중탄산반응을 하여 중탄산소다 슬러리를 제조하는 기- 액 버블탑 및 상기 중탄산소다 슬러리를 이송시켜 분체 및 모액으로 분리시키는 탈수부를 포함하는 중탄산소다 제조 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, in the apparatus for producing sodium bicarbonate using combustion flue gas and caprolactam (C 6 H 11 NO) production by-product, caprolactam (C 6 H 11 NO) A sodium carbonate aqueous solution supply unit for supplying an aqueous solution of sodium carbonate generated in the production process, a combustion exhaust gas supply unit for supplying combustion exhaust gas containing carbon dioxide (CO 2 ), the sodium carbonate aqueous solution and the combustion exhaust gas undergo a bicarbonate reaction to form a bicarbonate slurry. It provides an apparatus for producing sodium bicarbonate comprising a gas-liquid bubble tower to be prepared, and a dehydration unit for transferring the sodium bicarbonate slurry to separate powder and mother liquor.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기-액 버블탑은 상기 탄산소다 수용액 및 상기 연소배가스를 공급하기 위한 마이크로 버블러를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the gas-liquid bubble tower may further include a microbubbler for supplying the aqueous solution of sodium carbonate and the combustion exhaust gas.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 버블러는 상기 이산화탄소를 포함하는 연소배가스를 공급하기 위한 제1마이크로 버블러를 포함하고, 상기 제1마이크로 버블러는 상기 기-액 버블탑의 하부에 위치하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the microbubbler includes a first microbubbler for supplying combustion exhaust gas including carbon dioxide, and the first microbubbler is located under the gas-liquid bubbler. It may be located.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 버블러는 상기 탄산소다 수요액을 공급하기 위한 제2마이크로 버블러를 포함하고, 상기 제2마이크로 버블러는 상기 기-액 버블탑의 상부에 위치하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the microbubbler includes a second microbubbler for supplying the demand solution of soda carbonate, and the second microbubbler is located above the gas-liquid bubble tower. I can.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탈수부는 제조된 중탄산화슬러리를 분체 및 모액으로 분리시키는 진동분리막을 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the dehydration unit may further include a vibration separation membrane for separating the prepared heavy carbonized slurry into powder and mother liquor.

본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 상기 중탄산소다 제조장치를 이용하여 중탄산소다를 제조하는 방법에 있어서, 이산화탄소(CO2)를 포함하는 연소배가스를 제1 마이크로 버블러를 이용하여 기-액 버블탑 내부로 공급하는 단계, 상기 탄산소다 수용액을 제2마이크로 버블러를 이용하여 기-액 버블탑 내부로 공급하는 단계, 상기 탄산소다 수용액 및 상기 연소배가스를 중탄산화 반응(Bicarbonation reaction)을 수행하여 중탄산소다(NaHCO3) 슬러리를 제조하는 단계 및 상기 중탄산소다 슬러리를 탈수공정으로 이송시켜 분체 및 모액으로 분리시키는 단계를 포함하는 중탄산소다 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, in the method of producing sodium bicarbonate using the soda bicarbonate production apparatus, the combustion exhaust gas containing carbon dioxide (CO 2 ) is converted into a gas-liquid bubble tower using a first micro bubbler. Supplying the sodium carbonate solution to the inside, supplying the aqueous solution of sodium carbonate into the gas-liquid bubble tower using a second microbubbler, bicarbonation by performing a bicarbonation reaction between the aqueous solution of sodium carbonate and the combustion exhaust gas It provides a method for producing sodium bicarbonate comprising the step of preparing a soda (NaHCO 3 ) slurry and transferring the sodium bicarbonate slurry to a dehydration process to separate it into powder and mother liquor.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄산소다 수용액은 제2마이크로 버블러를 이용하여 상기 기-액 버블탑의 상부에서 1 bar 내지 10bar의 압력으로 분사하여 공급하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the aqueous solution of sodium carbonate may be supplied by spraying at a pressure of 1 bar to 10 bar from the top of the gas-liquid bubble tower using a second micro bubbler.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄산소다 수용액은 5wt% 내지 30wt%로 공급되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the aqueous solution of sodium carbonate may be supplied in an amount of 5 wt% to 30 wt%.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소를 포함하는 연소배가스는 제1마이크로 버블러를 이용하여 상기 기-액 버블탑의 하부에서 상부로 1 bar 내지 10bar의 압력으로 분사하여 공급하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the combustion exhaust gas including carbon dioxide may be supplied by spraying the gas-liquid bubble tower from the bottom to the top at a pressure of 1 bar to 10 bar using a first micro bubbler. .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이산화탄소를 포함하는 연소배가스는 0.1m/s 내지 1.0m/s로 공급되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the combustion exhaust gas including carbon dioxide may be supplied at 0.1 m/s to 1.0 m/s.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 중탄산소다(NaHCO3) 슬러리를 제조하는 단계는 기-액 버블탑을 30℃ 내지 60℃의 온도로 운전하여 제조하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of preparing the sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) slurry may be manufactured by operating a gas-liquid bubble tower at a temperature of 30°C to 60°C.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탈수공정은 진동 분리막을 이용하여 분체 및 모액으로 분리하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the dehydration process may be separating into powder and mother liquor using a vibration separation membrane.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 진동 분리막을 이용하여 분리된 상기 분체는 중탄산소다 슬러리로 건조공정으로 이동하고, 상기 모액은 탄산소다 수용액이 포함되어 있는 저장부로 이동하여 재순환하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the powder separated by using the vibration separation membrane may be transferred to a drying process with a sodium bicarbonate slurry, and the mother liquor may be recycled by moving to a storage unit containing an aqueous sodium carbonate solution.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 건조공정은 분체를 건조하여 고상의 파우더로 획득하기 위하여 건조공정을 40℃ 내지 70℃로 유지하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the drying process may be to maintain the drying process at 40° C. to 70° C. in order to obtain a solid powder by drying the powder.

본 발명에 따른 중탄산소다 제조장치 및 이의 제조방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the apparatus for producing sodium bicarbonate and the method for producing the same according to the present invention will be described as follows.

배출되는 배기가스 및 카프로락탐의 생산공정에서 발생되는 탄산소다 수용액을 활용하여 상업적으로 활용가치가 높은 중탄산소다를 생산하고, 생산된 중탄산소다를 사료 첨가제 및 세제 등의 다양한 산업에 활용할 수 있다.By utilizing the discharged exhaust gas and the aqueous solution of sodium carbonate generated in the production process of caprolactam, sodium bicarbonate with high commercial value can be produced, and the produced sodium bicarbonate can be used in various industries such as feed additives and detergents.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 중탄산소다의 생산 공정흐름을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 중탄산소다의 제조 장치의 간략도이다.
1 is a schematic diagram showing a production process flow of sodium bicarbonate according to an embodiment of the present invention.
2 is a simplified diagram of an apparatus for producing sodium bicarbonate according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but identical or similar elements are denoted by the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, when it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the subject matter of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed in the present specification is not limited by the accompanying drawings, and all modifications included in the spirit and scope of the present invention It should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers, such as first and second, may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

이산화탄소 및 탄산소다가 반응하여 중탄산소다가 만들어지는 중탄산소다 반응의 반응식은 하기 반응식 1과 같다.The reaction formula of the sodium bicarbonate reaction in which carbon dioxide and sodium carbonate react to produce sodium bicarbonate is shown in Scheme 1 below.

[반응식 1][Scheme 1]

Na2CO3+CO2+H2O =2NaHCO3 Na 2 CO 3 +CO 2 +H 2 O = 2 NaHCO 3

상기 반응식 1에 제시된 바와 같이 1몰의 탄산소다와 각각 1몰의 이산화탄소 및 물이 반응하여 2몰의 중탄산소다가 생성되는 것으로, 반응식에서 원료 및 생산품의 분자량을 고려 시 1톤의 탄산소다 주입을 통해 약 1.6톤의 중탄산소다가 생성될 수 있다. 이와 관련하여 일반적으로 이산화탄소 및 탄산소다를 이용하여 중탄산소다를 제조하는 장치는, 탄산소다 용해공정, 이산화탄소 포집공정 및 탄산화 반응공정을 통하여 중탄산소다를 제조하는 것으로 알려져있다. 이때, 반응에 사용되는 이산화탄소는 포집공정을 통해 확보된 고순도의 이산화탄소를 사용하는 것으로, 이산화탄소 포집공정을 위해 플랜트 설치 및 운영을 위하여 많은 비용이 드는 것으로 알려져있다.As shown in Scheme 1, 1 mole of sodium carbonate reacts with 1 mole of carbon dioxide and water to generate 2 moles of sodium bicarbonate.In the reaction formula, when considering the molecular weight of raw materials and products, 1 ton of sodium carbonate is injected. Through this, about 1.6 tons of sodium bicarbonate can be produced. In this regard, generally, an apparatus for producing sodium bicarbonate using carbon dioxide and soda carbonate is known to produce sodium bicarbonate through a sodium carbonate dissolution process, a carbon dioxide capture process, and a carbonation reaction process. At this time, the carbon dioxide used for the reaction uses high-purity carbon dioxide secured through the capture process, and it is known that a lot of cost is required to install and operate the plant for the carbon dioxide capture process.

이에, 본 발명에서는 저비용, 고효율의 중탄산소다제조 장치를 제공하고자 한다.Accordingly, in the present invention, it is intended to provide an apparatus for producing sodium bicarbonate having low cost and high efficiency.

본 실시예에 따른 중탄산소다 제조장치는 화력발전소, 시멘트 및 석유화학공장 등에서 배출되는 배기가스에 포함된 이산화탄소(CO2)와 카프로락탐의 생산공정에서 발생되는 탄산소다(Na2CO3) 수용액 부산물의 화학반응을 통해 중탄산소다(NaHCO3)를 생산하는 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 실시예에 따른 중탄산소다 제조장치는 발전소에서 배출되는 배기가스를 별도의 이산화탄소 포집공정이나 처리공정 없이 바로 이산화탄소를 포함하는 배기가스와 카프로락탐의 생산공정에서 발생되는 탄산소다(Na2CO3) 수용액 부산물을 별도의 처리 없이 중탄산소다 제조장치(200)를 이용하여 중탄산소다를 생산한다.The apparatus for producing sodium bicarbonate according to this embodiment is a byproduct of carbon dioxide (CO 2 ) contained in exhaust gas discharged from thermal power plants, cement and petrochemical plants, and sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) aqueous solution generated in the production process of caprolactam. It relates to an apparatus for producing sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) through a chemical reaction of. More specifically, in the apparatus for producing sodium bicarbonate according to the present embodiment, the exhaust gas emitted from the power plant is directly absorbed without a separate carbon dioxide capture process or treatment process, and the exhaust gas containing carbon dioxide and sodium carbonate generated in the production process of caprolactam (Na 2 CO 3 ) An aqueous solution by-product is produced using the bicarbonate soda production apparatus 200 without a separate treatment.

하기에는 본 발명의 중탄산소다의 제조장치 및 제조방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the apparatus and method for producing sodium bicarbonate of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 중탄산소다의 생산 공정흐름을 나타낸 개략도이다. 도 1을 도시한 바와 같이, 중탄산소다 제조장치(100)의 중탄산소다의 생산 공정흐름을 살펴보면 외부의 플랜트(110)로부터 발생된 이산화탄소를 포함하는 배기가스가 중탄산소다 슬러리 제조반응기(120)로 공급된다. 또한, 카프로락탐의 생산공정에서 발생되는 탄산소다 수용액이 포함되어 있는 탄산소다 용해반응기(130)에서 슬러리 제조반응기(120)로 탄산소다 수용액이 공급된다. 이후, 슬러리 제조반응기(120)에서 중탄산화 반응 통해 제조된 중탄산소다 슬러리는 탈수반응기(140)로 이동하여 중탄산소다 및 여액을 분리함으로써 중탄산소다를 제조하게 된다.1 is a schematic diagram showing a production process flow of sodium bicarbonate according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, looking at the production process flow of bicarbonate soda of the bicarbonate soda production apparatus 100, exhaust gas including carbon dioxide generated from the external plant 110 is supplied to the bicarbonate slurry production reactor 120 do. In addition, an aqueous sodium carbonate solution is supplied from the soda carbonate dissolution reactor 130 containing the aqueous sodium carbonate solution generated in the production process of caprolactam to the slurry preparation reactor 120. Thereafter, the sodium bicarbonate slurry prepared through the bicarbonate reaction in the slurry preparation reactor 120 moves to the dehydration reactor 140 to separate the sodium bicarbonate and the filtrate to prepare sodium bicarbonate.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 중탄산소다의 제조 장치의 간략도로 생산 공정 흐름에 따라 중탄산소다의 제조장치 및 중탄산소다의 제조방법을 상세히 설명하도록 한다. 2 is a simplified diagram of an apparatus for producing sodium bicarbonate according to an embodiment of the present invention, and a detailed description of an apparatus for producing sodium bicarbonate and a method for producing sodium bicarbonate according to a production process flow.

도 2에 도시한 바와 같이, 중탄산소다 제조장치(200)는 연소배가스 공급부(210), 탄산소다 수용액 공급부(230), 중탄산소다 슬러리를 제조하는 기-액 버블탑(220, bubble tower) 및 탈수부(240)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the bicarbonate soda production apparatus 200 includes a combustion exhaust gas supply unit 210, a sodium carbonate aqueous solution supply unit 230, a gas-liquid bubble tower 220 for preparing a bicarbonate slurry, and dehydration. Includes part 240.

먼저, 연소배가스 공급부(210)는 연소배가스 투입라인(211), 제1고압 컴프래셔(212), 제1 유입구(213) 및 제1 마이크로 버블러(214)를 포함한다.First, the combustion exhaust gas supply unit 210 includes a combustion exhaust gas input line 211, a first high pressure compressor 212, a first inlet 213 and a first micro bubbler 214.

상세하게는, 연소배가스 공급부(210)는 연소배가스 투입라인(211)을 따라 제1 유입구(213)를 통해 연소배가스가 기-액 버블탑(220)으로 공급되는 것으로, 상기 연소배가스 투입라인(211)을 따라 공급되는 연소배가스가 제1고압 컴프래셔(212)를 거쳐 고압상태가 되고, 고압의 연소배가스가 기-액 버블탑(220) 내부로 공급되는 것을 특징으로 한다. Specifically, the combustion exhaust gas supply unit 210 is supplied with the combustion exhaust gas through the first inlet 213 along the combustion exhaust gas input line 211 to the gas-liquid bubble tower 220, and the combustion exhaust gas input line ( The combustion exhaust gas supplied along 211) is in a high-pressure state through the first high-pressure compressor 212, and the high-pressure combustion exhaust gas is supplied into the gas-liquid bubble tower 220.

이때, 기-액 버블탑(220) 내부로 공급되는 연소배가스의 분산성을 향상시키기 위하여 고압 노즐 형태의 분산기인 제1마이크로 버블러(214)를 이용하여 기-액 버블탑(220) 내부로 분산하여 공급하는 것으로, 상기 연소배가스는 1bar 내지 10bar의 고압으로 공급될 수 있다. At this time, in order to improve the dispersibility of the combustion exhaust gas supplied into the gas-liquid bubble tower 220, the gas-liquid bubble tower 220 is introduced into the gas-liquid bubble tower 220 using the first microbubbler 214, which is a disperser in the form of a high pressure nozzle. By dispersing and supplying, the combustion exhaust gas may be supplied at a high pressure of 1 bar to 10 bar.

또한, 상기 기-액 버블탑(220)으로 공급되는 연소배가스는 화학플랜트나 발전소에서 배출되는 이산화탄소를 별도의 포집과정 없이 그대로 공급하는 것으로 저농도일 수 있다. 상세하게는 연소배가스의 농도는 10vol% 내지 15vol%일 수 있다. In addition, the combustion exhaust gas supplied to the gas-liquid bubble tower 220 is a low concentration as it supplies carbon dioxide discharged from a chemical plant or a power plant without a separate collection process. Specifically, the concentration of the combustion exhaust gas may be 10 vol% to 15 vol%.

또한, 상기 연소배가스는 기-액 버블탑(220)의 내부로 0.1m/s 내지 1.0m/s의 선속도로 공급되는 것을 특징으로 한다.In addition, the combustion exhaust gas is characterized in that it is supplied to the inside of the gas-liquid bubble tower 220 at a linear speed of 0.1m/s to 1.0m/s.

탄산소다 수용액 공급부(230)는 탄산소다 수용액 저장장치(231), 제2고압 컴프래셔(232), 제2 유입구(233) 및 제2 마이크로 버블러(234)를 포함한다.The soda carbonate aqueous solution supply unit 230 includes a soda carbonate aqueous solution storage device 231, a second high pressure compressor 232, a second inlet 233, and a second micro bubbler 234.

상세하게는, 탄산소다 수용액은 제2 유입구(233)를 통하여 기-액 버블탑(220) 내부로 공급되는 것으로, 탄산소다 수용액 저장장치(231)에 포함되어 있는 탄산소다 수용액은 제2고압 컴프래셔(232)를 거쳐 고압의 상태가 되고, 고압의 탄산소다 수용액이 기-액 버블탑(220)의 내부로 공급되는 것을 특징으로 한다. 이때, 기-액 버블탑(220) 내부로 공급되는 고압의 탄산소다 수용액의 분산성을 향상시키기 위하여 고압 노즐 형태의 분산기인 제2마이크로 버블러(234)를 이용하여 기-액 버블탑(220) 내부로 분산하여 공급하는 것으로, 상기 탄산소다 수용액은 1bar 내지 10bar의 고압으로 공급될 수 있다. In detail, the aqueous sodium carbonate solution is supplied to the inside of the gas-liquid bubble tower 220 through the second inlet 233, and the aqueous sodium carbonate solution contained in the storage device 231 is a second high-pressure compressor. It is characterized in that the high-pressure state is achieved through the lasher 232, and a high-pressure sodium carbonate aqueous solution is supplied to the inside of the gas-liquid bubble column 220. At this time, in order to improve the dispersibility of the high-pressure sodium carbonate aqueous solution supplied into the gas-liquid bubble tower 220, the gas-liquid bubble tower 220 is used by using the second microbubbler 234, which is a high-pressure nozzle type disperser. ) To be distributed and supplied inside, the aqueous solution of sodium carbonate may be supplied at a high pressure of 1 bar to 10 bar.

또한, 상기 기-액 버블탑(220)으로 공급되는 탄산소다 수용액은 카프로락탐 공정에서 부산물로 생산되는 탄산소다 수용액을 활용하는 것으로, 상세하게는 탄산소다 수용액의 농도는는 5wt% 내지 30wt%일 수 있다. 상세하게는 탄산소다 수용액의 농도는 10wt% 내지 20wt%일 수 있다.In addition, the aqueous solution of sodium carbonate supplied to the gas-liquid bubble tower 220 uses an aqueous solution of sodium carbonate produced as a by-product in the caprolactam process, and in detail, the concentration of the aqueous sodium carbonate solution may be 5 wt% to 30 wt%. have. In detail, the concentration of the aqueous sodium carbonate solution may be 10 wt% to 20 wt%.

또한, 상기 탄산소다 수용액은 기-액 버블탑(220)의 내부로 10ml/min 내지 60ml/min의 유량으로 공급되는 것을 특징으로 한다.In addition, the aqueous solution of sodium carbonate is characterized in that it is supplied to the inside of the gas-liquid bubble tower 220 at a flow rate of 10ml/min to 60ml/min.

상기 기-액 버블탑(220)은 상기 연소배가스 공급부(210) 및 상기 탄산소다 수용액 공급부(230)로부터 공급된 연소배가스 및 탄산소다 수용액이 중탄산화 반응을 하여 중탄산소다를 제조하게 된다.In the gas-liquid bubble tower 220, the combustion exhaust gas and the aqueous sodium carbonate solution supplied from the combustion exhaust gas supply unit 210 and the sodium carbonate aqueous solution supply unit 230 undergo a bicarbonate reaction to produce sodium bicarbonate.

상기 기-액 버블탑(220)은 탑 내부에 아무런 내부 구성물 없이 고압으로 투입되는 유체의 흐름에 의해 반응기 내부에 유동이 유도되어 화학반응이 활성화되는 원리로, 생산 효율을 높이기 위하여 상기 기-액 버블탑의 직경(D)은 기-액 버블탑의 내부로 투입되는 연소배가스의 선속도가 0.1m/s 내지 1.0m/s가 되도록 설정되는 것이 바람직하다.The gas-liquid bubble tower 220 is a principle in which a flow is induced in the reactor by the flow of a fluid injected at high pressure without any internal components inside the tower, thereby activating a chemical reaction. In order to increase production efficiency, the gas-liquid The diameter (D) of the bubble tower is preferably set such that the linear velocity of the combustion exhaust gas introduced into the gas-liquid bubble tower is 0.1 m/s to 1.0 m/s.

또한, 상기 기-액 버블탑의 높이(H)는 상기 기-액 버블탑(220)의 높이에 대한 직경에 대한 비(H/D, H: 기-액 버블탑의 높이, D: 기-액 버블탑의 직경)가 5배 내지 20배의 범위를 갖는 것이 바람직하다.In addition, the height (H) of the gas-liquid bubble tower is the ratio of the diameter to the height of the gas-liquid bubble tower 220 (H/D, H: height of the gas-liquid bubble tower, D: gas- It is preferable that the diameter of the liquid bubble tower) has a range of 5 to 20 times.

예를 들어, 상기 기-액 버블탑(220)의 H/D가 20배 이상이면 슬러리의 혼합효율이 낮아지고, 상기 기-액 버블탑(220)의 H/D가 5이하이면 슬러리 내 유체 혼합에 의해 고체성분의 분리효율이 낮아져 최종 수율이 낮아질 수 있다. For example, when the H/D of the gas-liquid bubble tower 220 is 20 times or more, the mixing efficiency of the slurry is lowered, and when the H/D of the gas-liquid bubble tower 220 is 5 or less, the fluid in the slurry The separation efficiency of the solid component may be lowered by mixing, and the final yield may be lowered.

또한, 상기 기-액 버블탑(220)의 운전온도는 30℃ 내지 60℃일 수 있다. In addition, the operating temperature of the gas-liquid bubble tower 220 may be 30 ℃ to 60 ℃.

예를 들어, 운전온도가 30℃이하일 경우 고체 탄산소다의 용해도가 낮아져 일부 석출되어 안정적인 운전이 어려울 수 있으며, 운전온도가 60℃이상일 경우 용해도가 큰 차이가 없어 운영비 저감 측면에서 효과적일 수 있다.For example, when the operating temperature is less than 30°C, the solubility of solid sodium carbonate is lowered, so that a part of the solid sodium carbonate is precipitated, so that stable operation may be difficult.

또한, 상기 기-액 버블탑(220)의 하부에는 연소배가스 공급부(210)가 배치되어 있고, 상부에는 탄산소다 수용액 공급부(230)가 배치되는 것을 특징으로 한다. 상기 연소배가스 공급부(210)가 하부에 위치하고 상기 탄산소다 수용액 공급부(230)가 상부에 위치함으로써 연소배가스와 탄산소다 수용액이 혼합하여 상기 기-액 버블탑(220)의 내부에서 체류하는 시간이 최대가 되도록 하는 것을 특징으로 한다. In addition, a combustion exhaust gas supply unit 210 is disposed below the gas-liquid bubble tower 220, and a sodium carbonate aqueous solution supply unit 230 is disposed above the gas-liquid bubble tower 220. Since the combustion exhaust gas supply unit 210 is located at the bottom and the sodium carbonate aqueous solution supply unit 230 is located at the top, the combustion exhaust gas and the aqueous sodium carbonate solution are mixed to maximize the residence time in the gas-liquid bubble tower 220 It is characterized in that to be.

이때 체류시간이 최대가 될 경우 공정상에서 중탄산화 반응시간 증가로 인해 최종 생산물(중탄산소다)의 입경을 공업적으로 사용 가능한 수준으로 생산할 수 있다.At this time, when the residence time is maximized, the particle size of the final product (sodium bicarbonate) can be produced at an industrially usable level due to the increase in the reaction time for bicarbonate in the process.

본 발명에 따른 중탄산소다 제조장치는 연속반응 공정에서 생성된 중탄산소다 슬러리를 건조된 분체형태로의 활용을 위해 탈수 및 건조 공정으로 투입될 수 있다. 제조된 중탄산소다 슬러리의 고형분 함량은 통상 10wt% 내지 30wt%로서 낮기 때문에 효과적인 탈수공정이 절대적으로 필요하다. The apparatus for producing sodium bicarbonate according to the present invention may be introduced into a dehydration and drying process in order to utilize the sodium bicarbonate slurry produced in a continuous reaction process in a dried powder form. Since the solid content of the prepared sodium bicarbonate slurry is usually 10 to 30 wt%, an effective dehydration process is absolutely necessary.

이를 위해 본 발명에 따른 중탄산소다 제조장치는 중탄산소다를 효과적으로 탈수하기 위하여 진동형 탈수공정을 구성할 수 있다. 통상 고체입자가 포함된 슬러리상의 탈수를 위해서는 벨트타입의 탈수공정이 많이 사용되나, 본 발명에 따른 중탄산소다 제조장치를 이용하여 제조된 중탄산소다 슬러리는 입자의 평균 사이즈가 10㎛ 내지 20㎛로 매우 작아서 벨트타입의 탈수공정 적용에는 무리가 있을 수 있다.To this end, the apparatus for producing sodium bicarbonate according to the present invention may constitute a vibration-type dehydration process in order to effectively dehydrate the sodium bicarbonate. In general, a belt-type dehydration process is often used for the dehydration of a slurry containing solid particles, but the average size of the sodium bicarbonate slurry prepared by using the soda bicarbonate production apparatus according to the present invention is 10㎛ to 20㎛. As it is small, it may be unreasonable to apply the belt-type dehydration process.

이에 따라 본 발명에 따른 탈수부(240)는 배출관(241), 펌프(242) 및 포집장치(243)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 탈수부(240)는 분리막 및 진동발생부, 건조부를 더 포함할 수 있다. 상기 탈수부(240)는 기-액 버블탑(220)의 외부에 배치되는 것으로, 연소배가스 및 탄산소다 수용액이 중탄산반응을 함으로써 생성되는 중탄산소다를 공급받아 탈수시키는 것을 특징으로 한다. Accordingly, the dehydration unit 240 according to the present invention is characterized in that it includes a discharge pipe 241, a pump 242, and a collecting device 243. In addition, the dehydration unit 240 may further include a separator, a vibration generating unit, and a drying unit. The dehydration unit 240 is disposed outside the gas-liquid bubble tower 220 and is characterized in that it receives and dehydrates sodium bicarbonate generated by a bicarbonate reaction between the combustion exhaust gas and the aqueous sodium carbonate solution.

먼저 배출관(241)은 'ㄴ자' 형태로 형성될 수 있는 것으로, 수직관은 기-액 버블탑(220)의 길이방향을 따라 연장될 수 있으며, 수직관을 통해 제조된 중탄산소다가 낙하하도록 구성될 수 있다. 또한, 배출관(241)의 수평관은 기-액 버블탑(220)으로부터 낙하한 중탄산소다가 이동하며 분리 및 건조 될 수 있는 것으로, 타단은 포집장치(243)와 연결될 수 있다. First, the discharge pipe 241 may be formed in the form of a'b' shape, and the vertical pipe may extend along the longitudinal direction of the gas-liquid bubble tower 220, and the bicarbonate produced through the vertical pipe is configured to fall. Can be. In addition, the horizontal pipe of the discharge pipe 241 is capable of being separated and dried while the sodium bicarbonate dropped from the gas-liquid bubble tower 220 moves, and the other end may be connected to the collecting device 243.

또한, 배출관(241)의 수평관의 일부에 펌프(242)가 배치 될 수 있다. 펌프(242)는 배출관(241)을 통해서 분리막으로 이동하는 중탄산소다를 유동시키도록 구성될 수 있다. In addition, the pump 242 may be disposed in a part of the horizontal pipe of the discharge pipe 241. The pump 242 may be configured to flow bicarbonate soda moving to the separation membrane through the discharge pipe 241.

예를 들어, 펌프(242)는 수평관측에 배치될 수 있으며, 중탄산소다가 배출관(241)으로 유동하는 유동방향을 기준으로, 분리막 및 진동발생부는 펌프(242)의 후단에 배치될 수 있다. For example, the pump 242 may be disposed on the horizontal observation side, and the separator and the vibration generator may be disposed at the rear end of the pump 242 based on the flow direction in which the bicarbonate soda flows to the discharge pipe 241.

분리막은 중탄산소다를 기-액 버블탑(220)의 외부로 배출시키는 배출관(241)의 내측 둘레에 대응되게 형성될 수 있으며, 표면에 미세구멍이 형성될 수 있다. 미세구멍의 크기는 중탄산소다의 투과를 허용하는 크기로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 미세구멍의 크기는 10㎛ 내지 20㎛일 수 있다.The separation membrane may be formed to correspond to the inner periphery of the discharge pipe 241 for discharging the bicarbonate to the outside of the gas-liquid bubble tower 220, and micropores may be formed on the surface. The size of the micropores may be formed to allow penetration of sodium bicarbonate, for example, the size of the micropores may be 10 μm to 20 μm.

진동발생부는 분리막에 진동을 유발하는 것으로, 분리막과 연결되어 배출관(241)의 외측에 배치될 수 있다. 진동발생부는 중탄산소다에 의하여 미세구멍이 막히는 것을 방지하기 위하여 배치될 수 있는 것으로, 배출관(241)의 차압이 정상시보다 10%이상 증가 시, 진동 발생부가 작동될 수 있다. 예를 들어, 진동발생부에 인가된 주파수에 의하여 분리막은 진동될 수 있으며, 분리막의 진동에 의하여 분리막의 미세구멍이 작은입자에 의하여 막히는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. The vibration generating unit causes vibration in the separation membrane and may be connected to the separation membrane and disposed outside the discharge pipe 241. The vibration generator may be disposed to prevent the micropores from being blocked by sodium bicarbonate, and when the differential pressure of the discharge pipe 241 increases by 10% or more than a normal time, the vibration generator may be operated. For example, the separation membrane may be vibrated by the frequency applied to the vibration generating unit, and may be configured to prevent micropores of the separation membrane from being blocked by small particles due to vibration of the separation membrane.

상기의 분리막 및 진동발생부를 이용하여 분리된 중탄산소다 슬러리는 중탄산소다 분체 및 모액으로 분리되게 된다. 이때, 분리된 중탄산소다 슬러리는 건조부로 이동되고 모액은 탄산소다 수용액이 포함되어 있는 탄산소다 수용액 저장장치(231)로 이동하여 재순환 하는 것을 특징으로 한다.The sodium bicarbonate slurry separated by using the separator and the vibration generator is separated into sodium bicarbonate powder and a mother liquor. At this time, the separated sodium bicarbonate slurry is moved to a drying unit, and the mother liquor is moved to a storage device 231 containing a sodium carbonate aqueous solution and recycled.

상기 분리막을 통과함으로써 중탄산소다 슬러리에 포함되어 있는 잔류 불순물이 포함되어 있는 대부분의 물이 1차적으로 제거되게 된다. 이때, 상기 분리막을 통과한 중탄산소다 슬러리 분체는 습분(wet powder)과 파우더가 혼합한 형태로 구성될 수 있는 것으로, 분리막을 통과한 습분의 함수율은 약10wt% 내지 30wt%일 수 있다. Most of the water containing residual impurities contained in the sodium bicarbonate slurry is firstly removed by passing through the separation membrane. At this time, the sodium bicarbonate slurry powder that has passed through the separation membrane may be composed of a mixture of wet powder and powder, and the moisture content of the moisture that has passed through the separation membrane may be about 10 wt% to 30 wt%.

이에, 분리막을 통과한 중탄산소다 슬러리에 남아 있는 잔존수분을 완전히 건조시키기 위하여 건조부를 통하여 건조하게 된다. 대부분의 수분이 제거된 중탄산소다 슬러리의 잔존수분을 건조시킴으로써, 건조 시 필요한 에너지 사용량을 대폭 절감시킬 수 있다.Accordingly, in order to completely dry the residual moisture remaining in the sodium bicarbonate slurry that has passed through the separation membrane, it is dried through a drying unit. By drying the residual moisture of the sodium bicarbonate slurry from which most of the moisture has been removed, energy consumption required for drying can be significantly reduced.

상세하게는, 건조부는 분리막을 통과한 중탄산소다를 건조시키도록 구성되는 것으로, 배출관(241)의 외면에 배치되고, 건조부에 근접한 배출관(241)에 복수개의 통공이 형성되어, 배출관(241)을 유동하는 중탄산소다의 온도를 높임으로써, 잔존수분을 제거시킬 수 있다. 이때, 상기 건조부는 건조기, 히터 등을 포함할 수 있다.Specifically, the drying unit is configured to dry the sodium bicarbonate that has passed through the separation membrane, is disposed on the outer surface of the discharge pipe 241, a plurality of through holes are formed in the discharge pipe 241 close to the drying unit, the discharge pipe 241 By increasing the temperature of the sodium bicarbonate flowing through, residual moisture can be removed. In this case, the drying unit may include a dryer and a heater.

예를 들어, 건조부는 건조기 하부에서 투입되는 중온의 공기로 건조 될 수 있다. 상세하게는 건조 온도는 40℃ 내지 70℃일 수 있다.For example, the drying unit may be dried with medium temperature air introduced from the bottom of the dryer. In detail, the drying temperature may be 40°C to 70°C.

상기 건조부를 거쳐 건조가 완료된 중탄산소다는 포집장치(243)로 포집할 수 있다. 포집장치(243)에 포집된 중탄산소다는, 산업체 발생 배가스에 포함된 다양한 불순물(염소, 질소산화물, 및 황산화물 등)의 제거에 활용 될 수 있다.Sodium bicarbonate, which has been dried through the drying unit, may be collected by the collecting device 243. Sodium bicarbonate collected by the collecting device 243 can be used to remove various impurities (chlorine, nitrogen oxides, sulfur oxides, etc.) included in the exhaust gas generated by the industry.

잔류가스 배출부(250)는 지면에 수직한 방향을 기준으로 기-액 버블탑(220)의 상측에 배치되는 것으로, 연소배가스 및 탄산소다 수용액을 제외한 잔류가스를 외부로 배출시킬 수 있다. The residual gas discharge unit 250 is disposed above the gas-liquid bubble tower 220 based on a direction perpendicular to the ground, and may discharge residual gas excluding combustion exhaust gas and aqueous sodium carbonate solution to the outside.

상세하게는, 잔류가스 배출부(250)는 기-액 버블탑(220)의 내측둘레를 따라 망(251) 및 잔류가스 배출구(251)를 포함할 수 있다. 망(251)은 잔류가스 배출구(251)보다 하측에 배치될 수 있는 것으로, 표면에 미세구멍이 형성될 수 있다. 이때, 망(251)의 표면에 미세구멍은 제조가 완료된 중탄산소다의 투과를 허용하지 않는 크기로 형성될 수 있다. Specifically, the residual gas discharge unit 250 may include a net 251 and a residual gas discharge port 251 along the inner circumference of the gas-liquid bubble tower 220. The net 251 may be disposed below the residual gas outlet 251, and micropores may be formed on the surface. At this time, the micropores on the surface of the net 251 may be formed in a size that does not allow the penetration of the manufactured sodium bicarbonate.

예를 들어, 상측으로 분사되는 연소배가스와, 하측으로 분사되는 탄산소다 수용액이 반응하고, 잔류가스는 잔류가스 배출구(251)로 배출됨으로써, 연소배가스의 이산화탄소와 탄산소다 수용액의 반응에 의하여 기-액 버블탑(220)의 내부에 유동장을 형성할 수 있으며, 화학 반응에 의하여 중탄산소다는 슬러리 형태로 구성될 수 있으며, 중탄산소다 슬러리는 탈수부(240)로 이동 될 수 있다.For example, the combustion exhaust gas injected upward and the aqueous sodium carbonate solution injected downward react, and the residual gas is discharged to the residual gas outlet 251, thereby reacting the carbon dioxide of the combustion exhaust gas with the aqueous sodium carbonate solution. A flow field may be formed in the liquid bubble tower 220, and sodium bicarbonate may be formed in a slurry form by a chemical reaction, and the sodium bicarbonate slurry may be transferred to the dehydration unit 240.

이하 본 발명을 실시예 및 실험예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples and experimental examples. However, the following examples and experimental examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples and experimental examples.

실시예 1.Example 1.

버블탑 반응기 하단의 가스 투입라인을 통해 연소배가스를 25L/min 유량으로 투입한다. 이때 연소가스의 유량은 해당 실험 장치에서 최적의 성능을 갖기 위한 운전조건의 범위에 해당된다. 일일 이산화탄소 처리량 10kgCO2 기준 이산화탄소의 농도는 석탄화력 발전소 배가스 조건(이산화탄소 농도: 13vol% 내지 15vol%)을 모사하기 위한 조건으로, 투입되는 연소배가스에 포함된 이산화탄소 농도는 약 13vol% 내지 15vol% 이다. 기-액 버블탑의 높이는 1,200mm, 직경은 80mm로 한다. 투입되는 탄산소다 수용액의 온도, 농도 및 투입량은 각각 60℃, 30wt%, 45ml/min로 한다. 상기 탄산소다 수용액의 농도는 투입온도인 60℃에서 최대 용해할 수 있는 탄산소다의 양과 유사한다. The combustion exhaust gas is introduced at a flow rate of 25 L/min through the gas input line at the bottom of the bubble tower reactor. At this time, the flow rate of the flue gas falls within the range of operating conditions for optimal performance in the experimental device. The concentration of carbon dioxide based on the daily carbon dioxide treatment amount of 10 kgCO 2 is a condition for simulating the exhaust gas conditions of a coal-fired power plant (carbon dioxide concentration: 13 vol% to 15 vol%), and the carbon dioxide concentration contained in the input combustion exhaust gas is about 13 vol% to 15 vol%. The gas-liquid bubble tower has a height of 1,200 mm and a diameter of 80 mm. The temperature, concentration, and amount of the aqueous sodium carbonate solution to be added are 60°C, 30wt%, and 45ml/min, respectively. The concentration of the aqueous soda carbonate solution is similar to the amount of soda carbonate that can be dissolved at an input temperature of 60°C.

본 실시예의 탄산소다 수용액은 카프로락탐 공정에서 부산물로 생산되는 탄산소다 수용액을 활용하는 것으로, 해당 탄산소다의 농도는 13wt% 내지 15wt%이다. 상기 농도는 카프로락탐 공정 부산물 내 평균 탄산소다 농도에 해당된다.The aqueous solution of sodium carbonate in this example uses an aqueous solution of soda carbonate produced as a by-product in the caprolactam process, and the concentration of the sodium carbonate is 13 wt% to 15 wt%. The concentration corresponds to the average concentration of sodium carbonate in the caprolactam process by-product.

기-액 버블탑의 내부에는 온도, 압력, 전도도(conductivity) 및 pH를 측정할 수 있도록 측정 장치를 설치하여 연속 운전 중에 발생되는 다양한 조건 변화를 측정할 수 있도록 하였다. 탄산화 반응을 통해 생성된 중탄산소다는 이후 탈수 및 건조공정을 거쳐 최종 파우더 형태의 분체를 얻는다. 건조시 온도는 40℃로 하여 중탄산소다의 열분해(2NaHCO3 → Na2CO3+ H2O +CO2)가 최소화되도록 한다. 상기 실시예 1에 대하여 약 3시간의 연속운전을 실시하였으며 운전결과와 제조된 중탄산소다의 순도 및 입경은 표 1 및 표 2와 같다.A measuring device was installed inside the gas-liquid bubble tower to measure temperature, pressure, conductivity, and pH, so that various changes in conditions occurring during continuous operation could be measured. Sodium bicarbonate produced through the carbonation reaction is then subjected to dehydration and drying processes to obtain a final powdery powder. When drying, the temperature is set to 40℃ so that the thermal decomposition of sodium bicarbonate (2NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + H 2 O +CO 2 ) is minimized. In Example 1, a continuous operation was performed for about 3 hours, and the operation results and the purity and particle diameter of the prepared sodium bicarbonate are shown in Tables 1 and 2.

실시예 2.Example 2.

상기 실시예 1에서, 버블탑 반응기 상단에 투입되는 탄산소다 수용액의 유량이 55 ml/min인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시한 주요 결과는 표 1 및 표 2와 같다.In Example 1, the main results carried out in the same manner as in Example 1, except that the flow rate of the aqueous solution of sodium carbonate added to the top of the bubble tower reactor was 55 ml/min, are shown in Tables 1 and 2.

실시예 3.Example 3.

상기 실시예 1에서, 기-액 버블탑 반응기의 높이가 1,000mm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시한 주요 결과는 표 1 및 표 2와 같다.In Example 1, the main results carried out in the same manner as in Example 1, except that the height of the gas-liquid bubble tower reactor was 1,000 mm, are shown in Tables 1 and 2.

비교예 1.Comparative Example 1.

상기 실시예 1에서, 주요 원료인 탄산소다는 공업용 탄산소다(순도>98%)를 용해시켜 구성하는 방법을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시한 주요 결과는 표 1 및 표 2와 같다.In Example 1, the main results are shown in Tables 1 and 2 in the same manner as in Example 1, except for the method of dissolving industrial sodium carbonate (purity> 98%) and constituting sodium carbonate as the main raw material.

비고Remark 반응기
높이(mm)
Reactor
Height(mm)
탄산소다 투입Soda carbonate input 이산화탄소 전환율
(혹은 포집율)
Carbon dioxide conversion rate
(Or collection rate)
비고Remark
중량부Parts by weight 투입량(ml/분)Input amount (ml/min) 실시예 1Example 1 1,2001,200 3030 4545 58~61%58~61% 카프로락탐
생산 공정
부산물
Caprolactam
production process
by-product
실시예 2Example 2 1,2001,200 3030 5555 59~62%59~62% 실시예 3Example 3 1,0001,000 3030 4545 49~53%49~53% 비교예 1Comparative Example 1 1,2001,200 3030 4545 61~62%61-62% 공업용구매Industrial purchase

비고Remark 중탄산소다 순도(%)Sodium bicarbonate purity (%) 중탄산소다 입경Sodium bicarbonate particle size 355㎛ 이상355㎛ or more 355㎛ 이하355㎛ or less 실시예 1Example 1 9797 < 1 %<1% > 99% > 99% 실시예 2Example 2 9696 < 1 %<1% > 99% > 99% 실시예 3Example 3 9797 < 1 %<1% > 99% > 99% 비교예 1Comparative Example 1 9898 < 1 %<1% > 99% > 99%

실시예1의 경우 이산화탄소 포집율(전환율)이 55%이상 일정하게 유지가 되었으며, 이를 통해서 얻어진 분체의 성분 분석결과 순도는 약97%수준으로 시판중인 제품의 순도와 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있었으며, 입경은 355㎛이하 수준이 99%이상으로 상당한 미분이 생성됨을 확인 하였다.In the case of Example 1, the carbon dioxide capture rate (conversion rate) was kept constant over 55%, and as a result of analysis of the components of the powder obtained through this, the purity was at the level of about 97%, and it was confirmed that there was no significant difference from the purity of the commercially available product. , It was confirmed that a particle diameter of less than 355 μm was 99% or more, and a considerable fine powder was generated.

실시예 2는 반응기의 높이를 동일하게 하고 탄산소다 수용액의 투입량을 변화시켜 실험한 것으로, 이산화탄소의 전환율을 실시예 1과 큰 차이가 없었다. In Example 2, the height of the reactor was the same and the input amount of the aqueous sodium carbonate solution was changed, and there was no significant difference in the conversion rate of carbon dioxide from that of Example 1.

실시예 3의 경우 실시예 1과 비교하여 기-액 버블탑의 높이를 200mm낮 춘 것으로, 이산화탄소 전환율이 5% 내지 10%감소한 것을 확인 할 수 있었다. 이를 통해, 효과적인 중탄산화 반응을 위해서는 최적의 기-액 버블탑 제조장치의 설계가 중요함을 확인 할 수 있었다. In the case of Example 3, compared to Example 1, the height of the gas-liquid bubble tower was reduced by 200 mm, and it was confirmed that the carbon dioxide conversion rate was reduced by 5% to 10%. Through this, it was confirmed that the design of an optimal gas-liquid bubble tower manufacturing apparatus is important for effective heavy carbonation reaction.

또한, 실시예 1과 비교예 1을 비교하여보면, 공업용 탄산소다를 사용하여도 실시예1과 유사한 이산화탄소 전환율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통하여, 연소배가스 및 카프로락탐 생산 공정에서 발생되는 탄산소다 수용액을 사용하여 우수한 중탄산소다를 제조할 수 있음을 확인 할 수 있다.In addition, when comparing Example 1 and Comparative Example 1, it was confirmed that even when industrial sodium carbonate was used, the carbon dioxide conversion rate was similar to that of Example 1. Through this, it can be confirmed that excellent sodium bicarbonate can be prepared using an aqueous solution of sodium carbonate generated in the combustion flue gas and caprolactam production process.

본 발명에 따른 중탄산소다 제조장치를 이용하여 제조된 중탄산소다는 입경이 작아, 배기가스 내 오염물질과의 반응성이 향상되어 불순물을 보다 효과적으로 제거할 수 있다. Sodium bicarbonate manufactured using the apparatus for producing sodium bicarbonate according to the present invention has a small particle size, and thus reactivity with pollutants in exhaust gas is improved, and impurities can be more effectively removed.

또한, 석탄 화력발전소, 시멘트 및 석유화학 공장 등에서 발생하는 배기가스를 활용하여 상업적으로 활용가치가 높은 중탄산소다를 생산함으로써, 온실가스인 이산화탄소를 저감시킬 수 있으며, 생성된 중탄산소다는 배기가스 정제, 사료 첨가제 및 세제 등의 다양한 산업에 활용 할 수 있다.In addition, by using exhaust gas generated from coal-fired power plants, cement and petrochemical plants, etc., it is possible to reduce carbon dioxide, which is a greenhouse gas, by producing sodium bicarbonate, which is commercially valuable, and the generated bicarbonate is used to refine exhaust gas, It can be used in various industries such as feed additives and detergents.

본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.In this specification, only a few examples of various embodiments performed by the present inventors will be described, but the technical idea of the present invention is not limited thereto or is not limited thereto, and may be modified and variously implemented by those skilled in the art.

100: 중탄산소다 제조장치
110: 외부 플랜트
120: 슬러리 제조반응기
130: 탄산소다 용해반응기
140: 탈수반응기
200: 중탄산소다 제조장치
210: 연소배가스 공급부, 211: 연소배가스 투입라인, 212: 제1고압 컴프래셔, 213: 제1 유입구, 214: 제1 마이크로 버블러
220: 기-액 버블탑
230: 탄산소다 수용액 공급부, 231: 탄산소다 수용액 저장장치, 232: 제2고압 컴프래셔, 233: 제2 유입구, 234: 제2 마이크로 버블러
240: 탈수부, 241: 배출관, 242: 펌프, 243: 포집장치
100: bicarbonate soda production apparatus
110: external plant
120: slurry preparation reactor
130: sodium carbonate dissolution reactor
140: dehydration reactor
200: bicarbonate soda production apparatus
210: combustion exhaust gas supply unit, 211: combustion exhaust gas input line, 212: first high pressure compressor, 213: first inlet, 214: first micro bubbler
220: vapor-liquid bubble tower
230: Soda carbonate aqueous solution supply unit, 231: Soda carbonate aqueous solution storage device, 232: second high pressure compressor, 233: second inlet, 234: second microbubbler
240: dehydration unit, 241: discharge pipe, 242: pump, 243: collection device

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 탄산소다 수용액을 공급하는 탄산소다 수용액 공급부;
이산화탄소(CO2)를 포함하는 연소배가스를 공급하는 연소배가스 공급부;
상기 탄산소다 수용액 및 상기 연소배가스가 중탄산화 반응을 하여 중탄산소다 슬러리를 제조하는 기-액 버블탑; 및
상기 중탄산소다 슬러리를 이송시켜 분체 및 모액으로 분리시키는 탈수부;를 포함하고,
상기 연소배가스 공급부는 제1 고압 컴프래셔를 포함하며,
상기 기-액 버블탑은 상기 탄산소다 수용액 및 상기 연소배가스를 공급하기 위한 마이크로 버블러를 포함하고,
상기 마이크로 버블러는 상기 연소배가스를 공급하기 위한 제1 마이크로 버블러를 포함하며,
상기 제1 마이크로 버블러는 상기 기-액 버블탑의 하부에 배치되고,
상기 연소배가스는 상기 제1 고압 컴프래셔를 통하여 고압상태의 연소배가스가 형성되는 것으로,
상기 고압상태의 연소배가스의 압력은 1 bar 내지 10bar이며,
상기 탄산소다 수용액은 카프로락탐(C6H11NO) 생산공정으로부터 발생되는 부산물을 공급하는 것인,
중탄산소다 제조장치.
A sodium carbonate aqueous solution supply unit for supplying an aqueous sodium carbonate solution;
A combustion exhaust gas supply unit for supplying combustion exhaust gas including carbon dioxide (CO 2 );
A gas-liquid bubble tower in which the aqueous solution of sodium carbonate and the combustion exhaust gas undergo a bicarbonate reaction to prepare a slurry of sodium bicarbonate; And
Including; a dehydration unit for separating the powder and mother liquor by transferring the sodium bicarbonate slurry,
The combustion exhaust gas supply unit includes a first high pressure compressor,
The gas-liquid bubble tower includes a micro bubbler for supplying the aqueous solution of sodium carbonate and the combustion exhaust gas,
The micro bubbler includes a first micro bubbler for supplying the combustion exhaust gas,
The first micro bubbler is disposed under the gas-liquid bubble tower,
In the combustion exhaust gas, combustion exhaust gas in a high pressure state is formed through the first high pressure compressor,
The pressure of the combustion exhaust gas in the high-pressure state is 1 bar to 10 bar,
The aqueous solution of soda carbonate supplies a by-product generated from the production process of caprolactam (C 6 H 11 NO),
Soda bicarbonate production device.
삭제delete 제10항에 있어서,
상기 마이크로 버블러는 상기 탄산소다 수용액을 공급하기 위한 제2 마이크로 버블러;를 포함하고,
상기 제2 마이크로 버블러는 상기 기-액 버블탑의 상부에 위치하며,
상기 탄산소다 수용액을 1 bar 내지 10bar의 압력으로 분사하여 공급하는 것인,
중탄산소다 제조장치.
The method of claim 10,
The micro bubbler includes a second micro bubbler for supplying the aqueous solution of sodium carbonate,
The second micro bubbler is located above the gas-liquid bubble tower,
To supply the sodium carbonate aqueous solution by spraying at a pressure of 1 bar to 10 bar,
Soda bicarbonate production device.
삭제delete 제10항에 있어서,
상기 탈수부는 제조된 중탄산화슬러리를 분체 및 모액으로 분리시키는 진동 분리막;을 더 포함하는 것인,
중탄산소다 제조장치.
The method of claim 10,
The dehydration unit further comprises a vibration separation membrane for separating the prepared heavy carbonized slurry into powder and mother liquor.
Soda bicarbonate production device.
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