KR102264779B1 - 탄산리튬 제조용 반응기 - Google Patents

탄산리튬 제조용 반응기 Download PDF

Info

Publication number
KR102264779B1
KR102264779B1 KR1020190153303A KR20190153303A KR102264779B1 KR 102264779 B1 KR102264779 B1 KR 102264779B1 KR 1020190153303 A KR1020190153303 A KR 1020190153303A KR 20190153303 A KR20190153303 A KR 20190153303A KR 102264779 B1 KR102264779 B1 KR 102264779B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reaction
chamber
reactor
lithium carbonate
reaction chamber
Prior art date
Application number
KR1020190153303A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210064744A (ko
Inventor
이상온
최재혁
신 유
박상현
최재원
오재훈
김경훈
김상현
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020190153303A priority Critical patent/KR102264779B1/ko
Publication of KR20210064744A publication Critical patent/KR20210064744A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102264779B1 publication Critical patent/KR102264779B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D15/00—Lithium compounds
    • C01D15/08—Carbonates; Bicarbonates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J10/00—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B01J4/002—Nozzle-type elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B01J4/005—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes provided with baffles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

탄산리튬 제조용 반응기가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 탄산리튬 제조용 반응기는, 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응으로 탄산리튬을 제조하기 위한 것으로서, ⅰ)주원료 주입관을 가지며, 주원료 주입관을 통하여 수산화리튬 수용액을 설정된 압력으로 수용하는 상부 압력 챔버와, ⅱ)상단을 통해 상부 압력 챔버의 하단과 결합되며, 내부에 반응 공간을 형성하는 반응 챔버와, ⅲ)상부 압력 챔버와 반응 챔버 사이에서 상부 압력 챔버에 고정되고, 상부 압력 챔버에 수용된 수산화리튬 수용액을 반응 챔버의 내벽 면으로 분사하며 그 내벽 면에 수막을 형성하는 노즐유닛과, ⅳ)상부 압력 챔버의 내부 공간과 노즐유닛을 관통하여 반응 챔버의 반응 공간으로 돌출되며, 탄산가스를 반응 공간으로 주입하는 부원료 주입관과, ⅴ)상단을 통해 반응 챔버의 하단과 결합되며, 반응 챔버에서 반응된 반응 슬러리를 수용하는 홀딩 챔버를 포함할 수 있다.

Description

탄산리튬 제조용 반응기 {REACTOR FOR MANUFACTIRING LITHIUM CARBONATE}
본 발명의 실시 예는 탄산리튬 제조 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응으로 탄산리튬을 제조하기 위한 탄산리튬 제조용 반응기에 관한 것이다.
일반적으로, 탄산리튬(Li2CO3)의 제조공정 중 대표적인 예로서의 탄산가스(CO2)를 이용하는 반응공정은, 수산화리튬(LiOH) 수용액과 탄산가스의 반응을 위한 반응기를 이용하여 제조된다.
탄산가스를 이용한 반응공정은 pH(수소 이온 농도 지수)가 11~12 사이로 나타나는 염기성 용액으로서의 수산화리튬 수용액과 탄산가스를 반응기를 통해 반응시키며, 수산화리튬을 탄산리튬으로 변화시킨다.
이와 같은 반응공정은 탄산나트륨(Na2CO3)을 사용하는 다른 예의 반응공정에 비해 생산단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 탄산가스 외의 다른 불순물(Na)을 주입하지 않기 때문에 비교적 순도가 높은 탄산리튬을 제조할 수 있다.
하지만, 탄산가스를 이용한 반응공정은 반응 용기의 벽체 특히, 용액과 기체가 만나는 경계선에서 탄산리튬이 고착되고 성장하여 벽체 부분에 스케일로 부착될 수 있다.
나아가, 탄산가스를 이용한 반응공정에서는 수산화리튬 수용액에 버블링 타입으로 탄산가스를 공급할 경우, 수산화리튬 수용액에 잠기는 탄산가스 주입라인에 스케일이 부착될 수 있다.
이에 따라 종래 기술에서는 반응공정을 중단시킨 상태에서, 반응 용기의 벽체에 부착된 스케일 및 탄산가스 주입라인에 부착된 스케일을 제거하는데, 기계 및 화학적인 방법을 사용하더라도 스케일을 제거하는데 상당한 시간이 소요된다. 이는 반응기의 가동율을 저하시키며, 생산 원가를 높이는 요인으로 작용하게 된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응에 따른 스케일의 고착 발생을 최소화 할 수 있도록 한 탄산리튬 제조용 반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 탄산리튬 제조용 반응기는, 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응으로 탄산리튬을 제조하기 위한 것으로서, ⅰ)주원료 주입관을 가지며, 상기 주원료 주입관을 통하여 수산화리튬 수용액을 설정된 압력으로 수용하는 상부 압력 챔버와, ⅱ)상단을 통해 상기 상부 압력 챔버의 하단과 결합되며, 내부에 반응 공간을 형성하는 반응 챔버와, ⅲ)상기 상부 압력 챔버와 상기 반응 챔버 사이에서 상기 상부 압력 챔버에 고정되고, 상기 상부 압력 챔버에 수용된 수산화리튬 수용액을 상기 반응 챔버의 내벽 면으로 분사하며, 상기 내벽 면에 수막을 형성하는 노즐유닛과, ⅳ)상기 상부 압력 챔버의 내부 공간과 상기 노즐유닛을 관통하여 상기 반응 챔버의 반응 공간으로 돌출되며, 탄산가스를 상기 반응 공간으로 주입하는 부원료 주입관과, ⅴ)상단을 통해 상기 반응 챔버의 하단과 결합되며, 상기 반응 챔버에서 반응된 반응 슬러리를 수용하는 홀딩 챔버를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 상부 압력 챔버는 내부 공간에서 상기 주원료 주입관의 하단에 그 하단과 설정된 간격을 두고 설치되는 배플부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 배플부재는 가장자리 측에서 내측으로 오목한 접시 형태로 구비되며, 연결부재를 통해 상기 주원료 주입관의 하단과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 노즐유닛은 중앙에서 원형의 가장자리 측으로 하향 경사진 형태로 구비되며, 가장자리 단과 상기 상부 압력 챔버의 내벽 면 사이에 링형 노즐 통로를 형성하는 제1 노즐 플레이트와, 중앙에서 원형의 가장자리 측으로 상향 경사진 형태로 구비되며, 가장자리 단을 통해 상기 제1 노즐 플레이트의 하면에 고정되는 제2 노즐 플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 제1 노즐 플레이트는 하면 가장자리 부분에 가장자리 방향을 따라 설정된 간격으로 배치되며, 상기 반응 챔버의 상단부에 구비된 결합 홈에 결합되는 복수 개의 결합 돌기들을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 결합 돌기들은 상기 결합 홈의 깊이보다 긴 길이로 구비되며, 상기 제1 노즐 플레이트의 가장자리 부분과 상기 반응 챔버의 상단부 사이에 상기 링형 노즐 통로와 연결되는 연결 통로를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 노즐 유닛은 상기 제1 노즐 플레이트의 하면 가장자리 부분에 구비되며, 상기 반응 챔버 내벽 면과의 사이에 상기 링형 노즐 통로를 두고 상기 링형 노즐 통로를 통해 분사되는 수산화리튬 수용액을 상기 반응 챔버의 내벽 면으로 안내하는 가이드부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 노즐 유닛은 상기 제1 노즐 플레이트 및 상기 제2 노즐 플레이트의 중앙부를 관통하는 복수 개의 센터 노즐부재들을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 상부 압력 챔버는 에어를 배출하기 위한 에어 벤트 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 반응 챔버는 상단에서 하단으로 갈수록 내경이 점차 작아지는 형상으로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 홀딩 챔버는 상기 반응 챔버의 하단과 연결되는 상부 측이 유선형으로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 상부 압력 챔버는 상기 반응 챔버의 내부 압력보다 높은 내부 압력을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 상부 압력 챔버는 상기 주원료 주입관을 통하여 수산화리튬 수용액을 수용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 반응 챔버는 상기 반응 공간의 상부에 빈 공간을 두고 하부에서 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기에 있어서, 상기 홀딩 챔버는 내부 공간에 반응 슬러리를 수용할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 반응기에서의 스케일 발생을 최소화 할 수 있으므로, 스케일을 제거하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 반응기의 가동률 및 탄산리튬의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 설비 운영 비용을 절감할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 탄산리튬 제조용 반응기를 도시한 단면 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 탄산리튬 제조용 반응기에 적용되는 노즐유닛 부위를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 탄산리튬 제조용 반응기의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 탄산리튬 제조용 반응기를 도시한 단면 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 탄산리튬 제조용 반응기(100)는 주원료로서의 수산화리튬(LiOH) 수용액과 부원료인 탄산가스(CO2)의 반응공정으로 탄산리튬(Li2CO3)를 제조하는 탄산리튬 제조 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기한 탄산리튬은 리튬 이차전지의 활물질로 활용될 수 있다.
이하에서는 구성 요소들의 장착 위치를 기준으로 할 때, 상측을 향하는 부분을 상부, 상단, 상면 및 상단부로 정의하며, 하측을 향하는 부분을 하부, 하단, 하면 및 하단부로 정의하기로 한다.
더 나아가, 하기에서의 "단(한쪽/일측 단 또는 다른 한쪽/일측 단)"은 어느 한쪽의 끝으로 정의될 수 있고, 그 끝을 포함하는 일정 부분(한쪽/일측 단부 또는 다른 한쪽/일측 단부)으로 정의될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 탄산리튬 제조용 반응기(100)는 수산화리튬 수용액과 탄산가스를 공급받아 그 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응이 이루어지는 것으로, 내벽 면 및 탄산수소 주입 측에 고착되는 탄산리튬의 스케일 발생을 최소화 할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탄산리튬 제조용 반응기(100)는 기본적으로, 상부 압력 챔버(10), 반응 챔버(30), 노즐유닛(50), 부원료 주입관(70), 그리고 홀딩 챔버(90)를 포함하고 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 상부 압력 챔버(10)는 상단이 폐쇄되고 하단이 개방된 챔버로서, 그 하단의 개방 단에는 뒤에서 설명될 노즐유닛(50)이 설치된다. 상기 상부 압력 챔버(10)는 수산화리튬 수용액을 설정된 압력으로 내부에 주입하기 위한 주원료 주입관(11)을 포함하고 있다.
상기 주원료 주입관(11)은 상부 압력 챔버(10)의 상부에 설치된다. 상기 주원료 주입관(11)은 별도의 저장 공간(예를 들면, 압력 탱크)에서 설정된 압력으로 공급되는 수산화리튬 수용액을 상부 압력 챔버(10)의 내부로 주입한다.
여기서, 상기 상부 압력 챔버(10)는 주원료 주입관(11)을 통하여 수산화리튬 수용액을 내부에 충만되게 수용할 수 있다.
한편, 상기 상부 압력 챔버(10)의 내부 공간에서 주원료 주입관(11)의 하단에는 배플부재(13)가 설치된다. 상기 배플부재(13)는 주원료 주입관(11)의 하단과 설정된 간격을 두고 설치된다.
예를 들면, 상기 배플부재(13)는 가장자리 측에서 내측으로 라운지게 오목한 접시 형태로 구비되며, 와이어 또는 연결 로드 등과 같은 연결부재(15)를 통하여 주원료 주입관(11)의 하단과 설정된 간격을 두고 그 하단에 연결된다.
이러한 배플부재(13)는 주원료 주입관(11)을 통하여 상부 압력 챔버(10)의 내부로 유입되는 수산화리튬 수용액의 동압을 분산시키는 기능을 하게 된다. 또한, 상기 배플부재(13)는 수산화리튬 수용액을 상부 압력 챔버(10)의 하부 가장자리 측으로 유도하며, 그 수산화리튬 수용액의 유속을 일정하게 유지시켜 주는 기능도 하게 된다.
더 나아가, 상기 상부 압력 챔버(10)의 상부에는 에어 벤트 밸브(17)가 설치된다. 상기 에어 벤트 밸브(17)는 초기 가동 시, 상부 압력 챔버(10) 내부의 에어를 외부로 배출할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 반응 챔버(30)는 상부 압력 챔버(10)에 수용된 수산화리튬 수용액을 제공받아 그 수산화리튬 수용액과, 별도로 제공되는 탄산가스의 반응이 이루어지는 것으로, 상단 및 하단이 개방된 챔버로 구비된다.
상기 반응 챔버(30)는 상단을 통해 상부 압력 챔버(10)의 하단과 결합되며, 내부에 반응 공간을 형성한다. 상기 반응 챔버(30)는 반응 공간의 상부에 빈 공간(31)을 두고 하부에서 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응이 이루어진다.
상기 반응 챔버(30)의 상단과 상부 압력 챔버(10)의 하단은 상호 플랜지 결합되는 바, 그 반응 챔버(30)의 상단부의 가장자리에는 제1 플랜지(F1)가 구비된다. 상기 제1 플랜지(F1)는 상부 압력 챔버(10) 하단부의 가장자리에 구비된 제2 플랜지(F2)와 볼팅 체결된다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 노즐유닛(50)은 상부 압력 챔버(10)와 반응 챔버(30)에서 그 상부 압력 챔버(10)의 내부와 반응 챔버(30)의 내부를 구획하며, 상부 압력 챔버(10)에 수용된 수산화리튬 수용액을 반응 챔버(30)의 내벽 면으로 분사하며 그 내벽 면에 수산화리튬 수용액의 유동을 통한 수막을 형성하기 위한 것이다.
상기 노즐유닛(50)은 상부 압력 챔버(10)와 반응 챔버(30) 사이에 배치되며, 그 상부 압력 챔버(10)에 고정되게 설치된다. 예를 들면, 상기 노즐유닛(50)은 복수 개의 지지대(50a)들을 통하여 상부 압력 챔버(10)의 상부 내측에 고정될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 탄산리튬 제조용 반응기에 적용되는 노즐유닛 부위를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 노즐유닛(50)은 제1 노즐 플레이트(51), 제2 노즐 플레이트(52), 가이드부재(53), 그리고 복수 개의 센터 노즐부재(55)들을 포함하고 있다.
상기 제1 노즐 플레이트(51)는 중앙에서 원형의 가장자리 측으로 하향 경사진 형태로 구비된다. 상기 제1 노즐 플레이트(51)는 가장자리 단과 상부 압력 챔버(10)의 하부 내벽 면 사이에 링형 노즐 통로(57)를 형성한다.
상기 제2 노즐 플레이트(52)는 중앙에서 원형의 가장자리 측으로 상향 경사진 형태로 구비된다. 상기 제2 노즐 플레이트(52)는 가장자리 단을 통해 제1 노즐 플레이트(51)의 하면에 고정된다.
상기에서 제1 노즐 플레이트(51)의 하면 가장자리 부분에는 그 가장자리 방향을 따라 설정된 간격으로 이격된 복수 개의 결합 돌기(59)들이 구비된다. 상기 결합 돌기(59)들은 반응 챔버(30)의 상단부에 구비된 결합 홈(35)에 결합된다.
여기서, 상기 결합 돌기(59)들은 결합 홈(35)의 깊이보다 긴 길이로 구비된다. 이에 상기 결합 돌기(59)들은 제1 노즐 플레이트(51)의 가장자리 부분과 반응 챔버(30)의 상단부 사이에 링형 노즐 통로(57)와 연결되는 연결 통로(61)를 형성한다.
상기 연결 통로(61)는 결합 돌기(59)들에 의해 형성된 제1 노즐 플레이트(51)의 가장자리 부분과 반응 챔버(30)의 상단부 사이의 틈새로서, 반응 챔버(30)의 내벽 면 측과 링형 노즐 통로(57)를 상호 연결한다.
상기 가이드부재(53)는 반응 챔버(30) 내벽 면과의 사이에 링형 노즐 통로(57)를 두고 그 링형 노즐 통로(57)를 통해 분사되는 수산화리튬 수용액을 반응 챔버(30)의 내벽 면으로 안내하는 기능을 하게 된다.
상기 가이드부재(53)는 제1 노즐 플레이트(51)의 하면 가장자리 부분에 고정되게 구비된다. 상기 가이드부재(53)는 반응 챔버(30)의 형상에 대응하는 링 형태로 구비된다.
그리고, 상기 센터 노즐부재(55)들은 상부 압력 챔버(10)에 수용된 수산화리튬 수용액을 반응 챔버(30)의 센터로 분사하기 위한 노즐 관로로서, 제1 노즐 플레이트(51)와 제2 노즐 플레이트(52)의 중앙부를 관통하며 이들 노즐 플레이트(51, 52)에 고정되게 설치된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 상기 부원료 주입관(70)은 부원료인 탄산가스를 반응 챔버(30)의 반응 공간으로 주입하기 위한 것이다.
상기 부원료 주입관(70)은 상부 압력 챔버(10)의 상부 외측에서 그 상부 압력 챔버(10)의 내부 공간과 노즐유닛(50)의 제1 및 제2 노즐 플레이트(51, 52)를 관통하여 반응 챔버(30)의 빈 공간(31)으로 돌출되게 설치된다.
상기 부원료 주입관(70)은 하단을 통하여 탄산가스를 반응 챔버(30)의 빈 공간(31)으로 주입한다.
여기서, 상기 부원료 주입관(70)은 상부 압력 챔버(10)의 상부 및 제1,2 노즐 플레이트(51, 52)에 고정되며, 상부 압력 챔버(10)와 반응 챔버(30)의 내부 중심 외측에 배치된다.
한편, 상기한 바와 같은 상부 압력 챔버(10)는 반응 챔버(30)의 내부 압력보다 높은 내부 압력 즉, 반응 챔버(30)의 내부 압력보다 0.01~0.5bar 정도 높은 내부 압력을 유지한다. 이에, 상기 부원료 주입관(70)을 통해 반응 챔버(30)의 반응 공간으로 유입되는 탄산가스는 상부 압력 챔버(10)로 역류되지 않게 된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 상기 홀딩 챔버(90)는 반응 챔버(30)의 반응 공간에서 반응된 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응 슬러리(탄산리튬을 포함)를 수용하기 위한 것이다.
상기 홀딩 챔버(90)는 상단이 개방되고 하단이 폐쇄된 챔버로 구비되며, 상단을 통해 반응 챔버(30)의 하단과 플랜지 결합된다. 상기 홀딩 챔버(90)는 반응 슬러리를 배출하며 그 반응 슬러리를 후 공정으로 공급한다.
여기서, 상기한 후 공정은 반응 슬러리 중의 탄산리튬(고상)을 추출하는 공정으로서, 그 반응 슬러리를 필터링 하며, 반응 슬러리를 고액 분리하는 공정을 포함할 수 있다.
나아가, 상기 홀딩 챔버(90)는 내부 공간에 반응 슬러리를 충만되게 수용한다. 더 나아가, 상기 홀딩 챔버(90)는 반응 챔버(30)의 하단과 연결되는 상부 측이 유선형으로 구비된다.
이와 같이 홀딩 챔버(90)의 상부를 유선형으로 구성하는 이유는 반응 챔버(30)에서 홀딩 챔버(90)로 유입된 탄산가스가 정체되지 않고 그 유선형의 상부를 통해 탄산가스를 반응 챔버(30)로 빠져나가게 하기 위함이다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 탄산리튬 제조용 반응기(100)의 작용을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 탄산리튬 제조용 반응기의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 초기 가동 시, 에어 벤트 밸브(17)를 통하여 상부 압력 챔버(10) 내부의 에어를 외부로 배출한다.
그리고 나서, 본 발명의 실시 예에서는 주원료인 수산화리튬 수용액을 상부 압력 챔버(10)의 내부에 설정된 압력으로 주입하는데, 주원료 주입관(11)을 통해 수산화리튬 수용액을 상부 압력 챔버(10)의 내부로 주입한다.
이 과정에, 본 발명의 실시 예에서는 주원료 주입관(11)을 통하여 상부 압력 챔버(10)의 내부로 배출되는 수산화리튬 수용액의 동압을 배플부재(13)를 통해 분산시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 상기 배플부재(13)를 통해 수산화리튬 수용액을 상부 압력 챔버(10)의 하부 가장자리 측으로 유도하며, 그 수산화리튬 수용액의 유속을 일정하게 유지시켜 준다.
그러면, 본 발명의 실시 예에서는 상기한 수산화리튬 수용액을 노즐유닛(50)의 링형 노즐 통로(57)와 연결 통로(61)를 통하여 반응 챔버(30)의 내벽 면 측으로 분사한다.
여기서, 상기 수산화리튬 수용액은 가이드부재(53)를 통해 가이드 되면서 반응 챔버(30)의 내벽 면을 따라 하측 방향으로 흘러 내리게 된다. 그리고, 본 발명의 실시 예에서는 수산화리튬 수용액을 노즐유닛(50)의 센터 노즐부재(55)들을 통해 반응 챔버(30)의 내부 센터로도 분사한다.
이러는 과정에, 본 발명의 실시 예에서는 부원료인 탄산가스를 부원료 주입관(70)을 통해 반응 챔버(30)의 빈 공간(31)으로 주입한다.
즉, 본 발명의 실시 예에서는 수산화리튬 수용액이 반응 챔버(30)의 반응 공간에 일부 채워진 상태에서, 부원료 주입관(70)을 통해 탄산가스를 그 반응 공간에서의 빈 공간(31)으로 주입한다.
이에 상기 반응 챔버(30)의 반응 공간에서는 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응이 이루어지며, 탄산리튬을 포함하고 있는 반응 슬러리를 생성한다. 그리고 본 발명의 실시 예에서는 상기 반응 챔버(30)의 반응 공간에서 반응된 반응 슬러리를 반응 챔버(30) 하측의 홀딩 챔버(90) 내부로 유입한다.
상기한 바와 같은 과정에서는 수산화리튬 수용액을 상부 압력 챔버(10)의 내부에 충만되게 수용하며, 반응 챔버(30)에서는 반응 공간의 상부에 빈 공간(31)을 두고 하부에서 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응이 이루어진다. 그리고 상기 홀딩 챔버(90)에서는 반응 슬러리를 충만되게 수용한다.
더 나아가, 상기한 과정에 본 발명의 실시 예에서는 상부 압력 챔버(10)의 내부 압력을 반응 챔버(30)의 내부 압력보다 더 높게 유지시킨다. 이에 따라 본 발명의 실시 예에서는 상기 부원료 주입관(70)을 통해 반응 챔버(30)의 반응 공간으로 유입되는 탄산가스가 상부 압력 챔버(10)로 역류되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같이 반응 챔버(30)의 반응 공간에서 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응이 이루어지는 과정에, 상부 압력 챔버(10)에 수용된 수산화리튬 수용액을 노즐유닛(50)에 의하여 반응 챔버(30)의 내벽 면으로 분사하며 그 내벽 면에 수산화리튬 수용액의 유동을 통한 수막을 형성한다.
여기서, 상기 반응 챔버(30)는 상단에서 하단으로 갈수록 점차 내경이 작아지는 형태로 구성됨에 따라, 노즐유닛(50)에 의해 반응 챔버(30)의 내벽 면을 따라 흐르는 수산화리튬 수용액의 수막이 흔들리거나 파괴되지 않게 된다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 탄산가스를 부원료 주입관(70)을 통해 반응 챔버(30)의 빈 공간(31)으로 주입함과 아울러 그 반응 챔버(30)의 내벽 면에 상기한 수막을 형성함으로써, 고체인 반응 챔버(30)의 내벽 면에 액체인 수산화리튬 수용액과 기체인 탄산가스가 접촉되는 것을 차단할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시 예에서는 반응 챔버(30)의 내벽 면에 형성되는 수막을 통하여 수산화리튬 수용액과 탄산가스가 반응한 탄산리튬이 반응 챔버(30)의 내벽 면에 고착/성장되는 스케일 발생을 최소화 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는 부원료 주입관(70)의 주입 단부에 부착되는 스케일의 발생을 최소활 할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 부원료 주입관(70)을 통해 반응 챔버(30)의 빈 공간(31)으로 탄산가스를 주입함에 따라, 반응 챔버(30)의 반응 공간에 수용된 수산화리튬 수용액에 탄산가스 주입단이 잠기며 버블링을 형성하는 것과 달리, 수산화리튬 수용액의 액상 만으로 버블링 효과를 구현할 수 있다.
한편, 상기한 바와 같은 홀딩 챔버(90)는 반응 챔버(30)의 반응 공간에서 반응된 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응 슬러리를 수용하는데, 그 홀딩 챔버(90)의 상부를 유선형으로 구성함에 따라, 홀딩 챔버(90)로 유입된 탄산가스가 정체되지 않고 그 유선형의 상부를 통해 반응 챔버(30)로 빠져 나가게 된다.
그리고, 본 발명의 실시 예에서는 상기 홀딩 챔버(90)에 수용된 반응 슬러리는 후 공정으로 배출한다. 이에 상기한 후 공정에서는 반응 슬러리 중의 탄산리튬(고상)을 추출하는데, 그 반응 슬러리를 필터링 하며, 고액 분리하는 공정을 거치며 탄산리튬을 추출한다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 탄산리튬 제조용 반응기(100)에 의하면, 노즐유닛(50)을 통하여 반응 챔버(30)의 내벽 면에 수산화리튬 수용액의 유동을 통한 수막을 형성함에 따라, 반응 챔버(30)의 내벽 면에 고착되는 스케일의 발생을 최소화 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는 탄산가스를 반응 챔버(30)로 주입하기 위한 부원료 주입관(70)에 고착되는 스케일 발생을 최소화 할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시 예에서는 반응기(100)에서의 스케일을 제거하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있으므로, 반응기(100)의 가동률 및 탄산리튬의 생산성을 향상시킬 수 있고, 설비 운영 비용을 절감할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당 업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.
10: 상부 압력 챔버 11: 주원료 주입관
13: 배플부재 15: 연결부재
17: 에어 벤트 밸브 30: 반응 챔버
31: 빈 공간 35: 결합 홈
50: 노즐유닛 50a: 지지대
51: 제1 노즐 플레이트 52: 제2 노즐 플레이트
53: 가이드부재 55: 센터 노즐부재
57: 링형 노즐 통로 59: 결합 돌기
61: 연결 통로 70: 부원료 주입관
90: 홀딩 챔버 F1: 제1 플랜지
F2: 제2 플랜지 100: 반응기

Claims (13)

  1. 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응으로 탄산리튬을 제조하는 탄산리튬 제조용 반응기로서,
    주원료 주입관을 가지며, 상기 주원료 주입관을 통하여 수산화리튬 수용액을 설정된 압력으로 수용하는 상부 압력 챔버;
    상단을 통해 상기 상부 압력 챔버의 하단과 결합되며, 내부에 반응 공간을 형성하는 반응 챔버;
    상기 상부 압력 챔버와 상기 반응 챔버 사이에서 상기 상부 압력 챔버에 고정되고, 상기 상부 압력 챔버에 수용된 수산화리튬 수용액을 상기 반응 챔버의 내벽 면으로 분사하며, 상기 내벽 면에 수막을 형성하는 노즐유닛;
    상기 상부 압력 챔버의 내부 공간과 상기 노즐유닛을 관통하여 상기 반응 챔버의 반응 공간으로 돌출되며, 탄산가스를 상기 반응 공간으로 주입하는 부원료 주입관; 및
    상단을 통해 상기 반응 챔버의 하단과 결합되며, 상기 반응 챔버에서 반응된 반응 슬러리를 수용하는 홀딩 챔버;
    를 포함하는 탄산리튬 제조용 반응기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 압력 챔버는,
    내부 공간에서 상기 주원료 주입관의 하단에 그 하단과 설정된 간격을 두고 설치되는 배플부재
    를 더 포함하는 탄산리튬 제조용 반응기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 배플부재는,
    가장자리 측에서 내측으로 오목한 접시 형태로 구비되며, 연결부재를 통해 상기 주원료 주입관의 하단과 연결되는 탄산리튬 제조용 반응기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 노즐유닛은,
    중앙에서 원형의 가장자리 측으로 하향 경사진 형태로 구비되며, 가장자리 단과 상기 상부 압력 챔버의 내벽 면 사이에 링형 노즐 통로를 형성하는 제1 노즐 플레이트와,
    중앙에서 원형의 가장자리 측으로 상향 경사진 형태로 구비되며, 가장자리 단을 통해 상기 제1 노즐 플레이트의 하면에 고정되는 제2 노즐 플레이트
    를 포함하는 탄산리튬 제조용 반응기.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 노즐 플레이트는,
    하면 가장자리 부분에 가장자리 방향을 따라 설정된 간격으로 배치되며, 상기 반응 챔버의 상단부에 구비된 결합 홈에 결합되는 복수 개의 결합 돌기들
    을 포함하는 탄산리튬 제조용 반응기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 결합 돌기들은,
    상기 결합 홈의 깊이보다 긴 길이로 구비되며,
    상기 제1 노즐 플레이트의 가장자리 부분과 상기 반응 챔버의 상단부 사이에 상기 링형 노즐 통로와 연결되는 연결 통로를 형성하는 탄산리튬 제조용 반응기.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 노즐 유닛은,
    상기 제1 노즐 플레이트의 하면 가장자리 부분에 구비되며, 상기 반응 챔버 내벽 면과의 사이에 상기 링형 노즐 통로를 두고 상기 링형 노즐 통로를 통해 분사되는 수산화리튬 수용액을 상기 반응 챔버의 내벽 면으로 안내하는 가이드부재
    를 더 포함하는 탄산리튬 제조용 반응기.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 노즐 유닛은,
    상기 제1 노즐 플레이트 및 상기 제2 노즐 플레이트의 중앙부를 관통하는 복수 개의 센터 노즐부재들
    을 더 포함하는 탄산리튬 제조용 반응기.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 압력 챔버는,
    에어를 배출하기 위한 에어 벤트 밸브를 더 포함하는 탄산리튬 제조용 반응기.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는,
    상단에서 하단으로 갈수록 내경이 점차 작아지는 형상으로 구비되는 탄산리튬 제조용 반응기.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 홀딩 챔버는,
    상기 반응 챔버의 하단과 연결되는 상부 측이 유선형으로 구비되는 탄산리튬 제조용 반응기.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 압력 챔버는,
    상기 반응 챔버의 내부 압력보다 높은 내부 압력을 유지하는 탄산리튬 제조용 반응기.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 압력 챔버는 상기 주원료 주입관을 통하여 수산화리튬 수용액을 수용하며,
    상기 반응 챔버는 상기 반응 공간의 상부에 빈 공간을 두고 하부에서 수산화리튬 수용액과 탄산가스의 반응이 이루어지고,
    상기 홀딩 챔버는 내부 공간에 반응 슬러리를 수용하는 탄산리튬 제조용 반응기.
KR1020190153303A 2019-11-26 2019-11-26 탄산리튬 제조용 반응기 KR102264779B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190153303A KR102264779B1 (ko) 2019-11-26 2019-11-26 탄산리튬 제조용 반응기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190153303A KR102264779B1 (ko) 2019-11-26 2019-11-26 탄산리튬 제조용 반응기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210064744A KR20210064744A (ko) 2021-06-03
KR102264779B1 true KR102264779B1 (ko) 2021-06-11

Family

ID=76376629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190153303A KR102264779B1 (ko) 2019-11-26 2019-11-26 탄산리튬 제조용 반응기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102264779B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101395796B1 (ko) 2012-01-06 2014-05-19 주식회사 포스코 탄산화 장치 및 이를 이용한 탄산화 방법
KR101746037B1 (ko) 2015-12-17 2017-06-13 재단법인 포항산업과학연구원 탄산염 제조장치 및 그 운용방법
KR101746038B1 (ko) 2015-12-17 2017-06-13 재단법인 포항산업과학연구원 탄산염 제조장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101733071B1 (ko) * 2015-04-15 2017-05-08 재단법인 포항산업과학연구원 탄산염 제조 방법 및 장치
KR20180074454A (ko) * 2016-12-23 2018-07-03 주식회사 포스코 탄산리튬 제조 장치 및 그 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101395796B1 (ko) 2012-01-06 2014-05-19 주식회사 포스코 탄산화 장치 및 이를 이용한 탄산화 방법
KR101746037B1 (ko) 2015-12-17 2017-06-13 재단법인 포항산업과학연구원 탄산염 제조장치 및 그 운용방법
KR101746038B1 (ko) 2015-12-17 2017-06-13 재단법인 포항산업과학연구원 탄산염 제조장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210064744A (ko) 2021-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110756140B (zh) 一种三元前驱体合成反应中物料浓缩的方法
US20180178143A1 (en) Water purification apparatus of fuel cell generation system
CN205346962U (zh) 一种新型厌氧好氧一体化生物反应器
CN111116341A (zh) 一种深度去除氧化液中杂质的方法与装置
CN101597529B (zh) 沼气生物脱硫装置
KR102264779B1 (ko) 탄산리튬 제조용 반응기
KR102302077B1 (ko) 탄산리튬 제조 시스템
CN102139859A (zh) 一种自调式氢气发生器
KR102474563B1 (ko) 리튬 이차 전지용 양극활물질 전구체의 제조장치 및 이를 이용한 양극활물질 전구체의 제조방법
CN105505770A (zh) 一种兼具分布气体和酶催化的中空纤维膜反应器及其应用
CN103864019A (zh) 一种一体化的二氧化氯制备装置及方法
CN214270769U (zh) 乙炔发生器
US20190039037A1 (en) A gas generator and method of generating a gas
CN114923118B (zh) 一种金属氢化物储氢罐
CN220071245U (zh) 一种双极膜电渗析的废气处理系统
CN219252048U (zh) 一种带洗气功能的气液分离装置
CN108012532B (zh) 改造用于净化含氢气体的co2脱除工段的方法
CN220609703U (zh) 一种碳酸乙烯酯装置废气系统物料回收装置
CN218779047U (zh) 一种水电解制氢中一体化立式容器装置
CN212999330U (zh) 低浓度气氨回收系统
KR102265495B1 (ko) 수막 안정성 향상을 위한 탄산화 반응기
SU1051136A1 (ru) Катодный блок электролизера дл получени надсерной кислоты
KR20240129936A (ko) 양극 활물질 전구체 제조 장치 및 제조 방법
KR101954170B1 (ko) 용존기와 이를 구비한 용해수 공급장치
CN211328958U (zh) 一种微气泡发生器

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant