KR102473332B1 - 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치 및 이를 이용한 암모니아 재활용 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치 및 이를 이용한 암모니아 재활용 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치에 있어서, 상기 암모니아 회수장치는 폐수가 저장되는 침전지 또는 폐수탱크, 상기 침전지 또는 폐수탱크에 저장된 폐수에 함유된 부유물, 고형물 또는 중금속을 제거하는 마이크로필터, 상기 마이크로필터에서 부유물, 고형물 또는 중금속에 제거된 폐수를 스팀스트리퍼 하부의 고온액을 사용하여 예열하는 예열기, 상기 예열기에서 예열된 폐수를 공급받아 스팀으로 가열하는 스팀스트리퍼를 포함하되, 상기 스팀스트리퍼는 Pall ring이 적층된 내부충진재를 사용하여 예열된 폐수를 스팀으로 가열된 Pall ring에 통과시켜 소량의 암모니아와 다량의 수분을 증발시키고, 상기 스팀스트리퍼에서 증발된 암모니아증기를 90℃ 내지 97℃로 냉각하는 파셜콘덴서, 상기 파셜콘덴서에서 농축 암모니아증기를 이송하여 냉각수를 이용하여 응축시키는 1차응축기, 상기 1차응축기에서 응축되지 않아 잔류된 암모니아 증기를 공급받되, 1차 응축된 암모니아용액을 10℃ 내지 30℃로 냉각시켜 암모니아증기를 2차 회수하는 흡수탑 및 상기 1차응축기 및 흡수탑에서 응축 또는 흡수된 암모니아를 획득하여 저장하는 암모니아탱크를 포함하는 것으로 열교환기를 사용하지 않으면서도 충분한 증발효과를 발휘할 수 있는 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 암모니아 증류탑에 관한 것으로 더욱 상세하게는 기존의 시브트레이 방식의 스팀스트리퍼 대신 Pall ring을 적층한 스팀스트리퍼를 사용하는 것으로 내염성과 내부식성이 뛰어난 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치 및 이를 이용한 암모니아 재활용 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전지(電池)는 전해질에 금속이온이 녹으면 금속의 특성에 따라 전위차가 생겨 전류를 발생시키는 것의 총칭으로 그 종류는 크게 2가지로 나뉘는데, 건전지, 수은전지, 리튬전지, 알카라인전지와 같은 일차전지와 납축전지, 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지 등을 포함하는 이차전지가 그 예시이다.
이 중 리튬이온전지는 이차전지 중 하나로 액체 전해질을 사용하고 리튬폴리머보다 형상이 자유롭지 못한 단점이 있지만, 그라파이트음극 사용으로 안정화 되어 상용화 되었으며 메모리효과가 거의 없어 휴대폰에 많이 사용된다.
리튬이온전지는 액체전해질로 음극에는 탄소, 양극에는 금속산화물로 이루어지며, 전지가 회로에 전력을 제공할 때, 리튬 양이온이 음극에서 흘러나와 전해질을 통해 양극으로 들어감으로써 전류를 생성한다.
리튬이온전지는 양극활물질을 제조하기 위해 공침법을 사용하는데, 공침법은 코발트 등의 전이금속 함유 염을 물에 융해시키고 알칼리를 가하여 전이금속 수산화물로 침전시킨 후, 상기 침전물을 여과 및 건조해서 전이 금속 전구체를 만들고 여기에 리튬 공급원인 탄산리튬 또는 수산화 리튬을 건조 상태에서 혼합한 후 700℃ 내지 1000℃의 고온에서 1시간 내지 48시간 소성시켜 제조하게된다.
하지만, 이런 공침법은 2성분 이상의 전이 금속 원소를 공침시켜 균질한 혼합체를 얻기 용이한 것으로 알려져 있으나, 침전반응에 장시간이 필요할 뿐만 아니라 공정이 복잡하고 전이금속염 및 암모늄 이온 공급체 등을 사용함에 따라 부산물로서 폐산 등이 발생하는 문제점이 있다.
상기 공침법에 의한 리튬이온 전지용 양극활물질 전구체 제조시 발생하는 폐수에는 Ni, co, Al, Mg, 용해성 망간 300ppm 이하, 용해성 철 10ppm 이하 등의 중금속 뿐만 아니라, 암모늄 이온 및 암모니아수 등을 사용함에 따른 (NH4)2SO4, NaOH, NH4OH, Na2SO4, NH4+, NaNO3,등의 무기 이온계 고농도 질소(Total Nitrogen) 성분이 3,500ppm 이하, LiOH COD 10ppm이하, BOD 10ppm이하, 부유물질(SS, suspended solid) 300ppm, TDS 10% 을 함유하고 있는 것으로 상기 양극활물질 전구체 합성시 폐수가 하수 계통으로 방류될 경우 심각한 환경 오염을 유발시킨다.
중금속을 포함하는 폐수의 오염물로부터 중금속을 제거하는 방법으로는 일반적으로 화학적 산화법, 침전ㆍ응집법, 이온교환 수지법, 역삼투압법, 전기투석법, 용매 추출법, 착염화, 여과, 시멘트화(cementation)와 같은 물리적, 화학적 처리방법이 있다. 상기 화학적 산화법은 과산화 수소 또는 과망간산 칼륨과 같은 산화제를 사용하여 폐수 중의 유기물을 화학적으로 산화시켜 제거하는 방법이다. 이온 교환 수지법은 음이온, 양이온 교환수지를 사용하여, 선택적으로 오염물질을 제거할 수 있는 공법이다. 이는 처리효율은 매우 뛰어나지만, 고농도의 폐수를 처리함에 있어 교환수지의 수명이 짧아져 상기와 같은 중금속 폐수에 적용할 경우 유지 비용이 비싸다는 단점이 있다. 또한, 재생 폐액이 발생하여 2차 오염이 발생하는 문제점도 내재해 있다.
공침법에 의한 리튬이온 전지용 양극활물질 전구체 제조시 발생하는 폐수에는 먼저 살펴본 중금속 뿐만 아니라, 폐수 중에 고농도의 질소성분을 포함하고 있으며, 상기 질소성분은 폐수 내에 존재하는 다양한 형태의 질소 성분을 총칭한 것으로 암모니아성질소(NH4-N), 질산성 질소 (NO3-N), 유기성질소(Org-N) 등의 질소화합물이 있다.
일반적인 산업폐수 중 암모니아를 비롯한 질소 성분의 제거방법으로써, 현재까지 상용화 되어 사용되고 있는 공정 기술로서는 공기 혹은 스팀을 주입시켜 대기로 증발시키는 스트리핑(STRIPPING)법, 제오라이트 등의 흡착제를 이용하여 제거하는 흡착법 및 미생물을 이용하여 제거하는 생물학적 탈질 공정 등이 있다.
특히, 스트리핑법에 대한 종래기술로서 국내 등록특허공보 제10-1919948호(이하, 선행기술1) 및 국내 등록특허공보 제10-1907609호(이하, 선행기술2)가 제시된 바 있다.
상기 선행기술1은 2차전지 양극활물질 전구체 제작공정에서 발생되는 폐수에 포함된 암모니아를 고농도로 회수하기 위한 암모니아 재활용 장치에 관한 것으로 리튬이차전지용 양극활물질 전구체 제조시 발생하는 폐수에 고농도로 포함하고 있는 질소화합물로부터 암모니아성 질소(NH₃-N)를 회수하여 재활용하여 이차전지 폐수를 친환경적으로 처리하는 효과를 제공하는 것이고,
상기 선행기술2는 암모니아수 회수 장치 및 암모니아수 회수 방법에 관한 것으로 암모니아 스트리퍼, 분축기 및 응축기를 포함할 수 있다. 상기 암모니아 스트리퍼는 폐수에 함유된 암모니아 가스와 수분이 배출되도록 상기 폐수로부터 암모니아 가스와 수분을 탈기시킨다. 상기 분축기는 상기 암모니아 스트리퍼로부터 배출되는 암모니아 가스가 20 내지 30 %의 농도를 갖도록 상기 암모니아 가스와 수분의 혼합 가스 일부를 응축시킨다. 상기 응축기는 상기 20 내지 30 %의 농도를 갖는 암모니아 가스가 20 내지 30 %의 농도를 갖는 암모니아수로 생성되도록 상기 분축기로부터 배출되는 상기 혼합 가스 전부를 응축시킨다. 상기 저장부는 상기 응축기로부터 수득하는 상기 암모니아수를 저장하는 것이다.
상기 선행기술1 및 선행기술2는 모두 시브트레이(sieve tray, 천공판) 방식의 스트리퍼를 사용한 암모니아 회수 방법으로 폐수에 스텐레스를 부식시키는 물질이 포함되었을 때 부식에 취약한 단점이 있으며, 이를 해결하기 위해 부식에 강한 테프론 등의 재질을 사용하고자 할 경우 요구되는 시브트레이의 강도에 비해 금속강도가 떨어질 뿐더러, 비용이 비싸 적용하기 어려운 점이 있다.
또한, 시브트레이 방식의 스트리퍼는 열교환기를 사용하여 스팀에 의한 간접가열방식을 취하는데, 열교환기는 염과 암모니아에 의한 부식에 취약하여 유지비용이 과다소모되는 문제점이 있었다.
따라서, 열교환기를 사용하지 않으면서도 충분한 증발효과를 발휘하게 할 수 있도록 형성되면서 내염성과 내부식성이 뛰어난 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치 및 이를 이용한 암모니아 재활용 방법의 필요성이 대두되었다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위한 것으로 그 목적은 내염성과 내부식성이 뛰어난 폴리프로필렌, 테프론 등의 재질로 형성된 Pall ring을 이용하는 것으로 열교환기를 사용하지 않으면서도 충분한 증발효과를 발휘할 수 있는 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 Pall ring의 원통형의 중공부를 형성하되, 상기 Pall ring에 돌출부를 형성하기 위해 코일판을 스로팅(Slotting)후 펀칭, 절단, 벤딩하여 형성되는 것으로 상기 Pall ring에 가열된 폐수를 통과시킬 때, 표면적을 넓혀 암모니아 증발 효율을 높이는데 있다.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 파셜콘덴서에서 설정농도를 벗어나 잔류한 90℃ 내지 97℃로 냉각응축된 암모니아증기를 스팀스트리퍼로 재순환하여 스팀스트리퍼의 폐수를 가열하여 잔존 암모니아를 재증발할 수 있도록 하는 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치를 제공하는데 있다.
Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치에 있어서, 상기 암모니아 회수장치는 폐수가 저장되는 침전지 또는 폐수탱크, 상기 침전지 또는 폐수탱크에 저장된 폐수에 함유된 부유물, 고형물 또는 중금속을 제거하는 마이크로필터, 상기 마이크로필터에서 부유물, 고형물 또는 중금속에 제거된 폐수를 스팀스트리퍼 하부의 고온액을 사용하여 예열하는 예열기, 상기 예열기에서 예열된 폐수를 공급받아 스팀으로 가열하는 스팀스트리퍼를 포함하되, 상기 스팀스트리퍼는 Pall ring이 적층된 내부충진재를 사용하여 예열된 폐수를 스팀으로 가열된 Pall ring에 통과시켜 소량의 암모니아와 다량의 수분을 증발시키고, 상기 스팀스트리퍼에서 증발된 암모니아증기를 90℃ 내지 97℃로 냉각하는 파셜콘덴서, 상기 파셜콘덴서에서 농축 암모니아증기를 이송하여 냉각수를 이용하여 응축시키는 1차응축기, 상기 1차응축기에서 응축되지 않아 잔류된 암모니아 증기를 공급받되, 1차 응축된 암모니아용액을 10℃ 내지 30℃로 냉각시켜 암모니아증기를 2차 회수하는 흡수탑 및 상기 1차응축기 및 흡수탑에서 응축 또는 흡수된 암모니아를 획득하여 저장하는 암모니아탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치를 제공한다.
또한, 상기 파셜콘덴서는 설정농도를 벗어나 잔류한 90℃ 내지 97℃로 냉각응축된 암모니아응축액을 상기 스팀스트리퍼로 재순환하여 스팀스트리퍼의 폐수를 예열할 수 있다.
또한, 상기 Pall ring은 테프론, 폴리프로필렌, STS304 또는 STS316을 사용하여 형성되는 것으로 내염성 및 내부식성이 높아 폐수 속 암모니아증기 회수 후 여액에 의한 부식을 방지한다.
이 때, 상기 Pall ring은 원통형의 중공부 및 상기 중공부 내측으로 형성된 돌출부를 포함하는 것으로 폐수와 접촉하는 면적을 넓혀 증발효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 암모니아 회수장치는 순수(Demi Water)를 이용하여 초기 시험운전(Water run) 및 암모니아 회수장치의 운전후 잔여물을 씻어내는 청소할 수 있도록 순수공급라인을 개설할 수 있다.
또한, 상기 예열기에서 사용된 스팀스트리퍼 하부의 고온액은 처리액냉각기에서 저온수에 의해 폐수처리에 적합한 온도로 냉각된 후 폐수처리되도록 한다.
또한, 상기 침전지 또는 폐수탱크에서 폐수에 혼합된 부유물, 고형물 또는 중금속을 제거하기 위해 스테인리스 재질의 마이크로필터를 설치하되, 상기 마이크로필터는 5㎛ 내지 10㎛ 크기의 부유물, 고형물 또는 중금속을 걸러내도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위한 것으로 그 목적은 내염성과 내부식성이 뛰어난 테프론 등의 재질로 형성된 Pall ring을 이용하는 것으로 폐수를 가열하는 용도로 열교환기를 사용하지 않으면서도 충분한 증발효과를 발휘할 수 있는 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치를 제공한다.
또한, Pall ring의 원통형의 중공부를 형성하되, 상기 Pall ring에 돌출부를 형성하기 위해 코일판을 스로팅(Slotting)후 펀칭, 절단, 벤딩하여 형성되는 것으로 상기 Pall ring에 가열된 폐수를 통과시킬 때, 표면적을 넓혀 암모니아 증발 효율을 높일 수 있다.
또한, 파셜콘덴서에서 설정농도를 벗어나 잔류한 90℃ 내지 97℃로 냉각응축된 암모니아증기를 스팀스트리퍼로 재순환하여 스팀스트리퍼의 폐수를 예열할 수 있도록 하는 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치의 흐름도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치의 Pall ring 사진.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치의 흐름도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치의 Pall ring 사진.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치 및 이를 이용한 암모니아 재활용 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치의 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치의 Pall ring 사진이다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치에 있어서, 상기 암모니아 회수장치(100)는 폐수가 저장되는 침전지 또는 폐수탱크, 상기 침전지 또는 폐수탱크에 저장된 폐수에 함유된 부유물, 고형물 또는 중금속을 제거하는 마이크로필터(30), 상기 마이크로필터(30)에서 부유물, 고형물 또는 중금속에 제거된 폐수를 스팀스트리퍼 하부의 고온액을 사용하여 예열하는 예열기(20), 상기 예열기(20)에서 예열된 폐수를 공급받아 스팀으로 가열하는 스팀스트리퍼(10)를 포함하되, 상기 스팀스트리퍼(10)는 Pall ring(15)이 적층된 내부충진재를 사용하여 예열된 폐수를 스팀으로 가열된 Pall ring(15)에 통과시켜 소량의 암모니아와 다량의 수분을 증발시키고, 상기 스팀스트리퍼(10)의 압력 및 기액 접촉의 분배의 효율을 높이기 위해 설치되는 재분배기(Redistributor)를 설치하되, 간격은 스트리퍼 내경의 3~10배 또는 3~5m사이로 운전 조건에 맞게 조정한다.
또한, 상기 스팀스트리퍼(10)에서 증발된 암모니아증기를 90℃ 내지 97℃로 설정농도에 맞추어 냉각하는 파셜콘덴서(40), 상기 파셜콘덴서(40)에서 농축 암모니아증기를 이송하여 냉각수를 이용하여 응축시키는 1차응축기(50), 상기 1차응축기(50)에서 응축되지 않아 잔류된 암모니아 증기를 공급받되, 1차 응축된 암모니아용액을 10℃ 내지 30℃로 냉각시켜 암모니아증기를 2차 회수하는 흡수탑(60) 및 상기 1차응축기(50) 및 흡수탑(60)에서 응축 또는 흡수된 암모니아를 획득하여 저장하는 암모니아탱크(70)를 포함한다.
이 때, 상기 암모니아 회수장치를 이용한 폐수의 암모니아 재활용 방법은
(a) 상기 암모니아 재활용 방법은 폐수를 침전지 또는 폐수탱크에 저장하되, 부유물, 고형물 또는 중금속을 제거하는 단계;
(b) 상기 침전지 또는 폐수탱크에서 부유물, 고형물 또는 중금속에 제거된 폐수를 스팀스트리퍼(10) 하부의 고온액을 사용하여 예열기(20)에서 예열하는 단계;
(c) 상기 예열기(20)에서 예열된 폐수를 스팀스트리퍼(10)에 이송하는 단계;
(d) 상기 스팀스트리퍼(10)의 하부액에 의해 예열된 폐수를 가열하는 단계를 포함하되, 상기 스팀스트리퍼(10)는 Pall ring(15)이 적층된 내부충진재를 사용하고, Pall ring(15)에 예열된 폐수를 통과시켜 소량의 암모니아와 다량의 수분을 증발시키고,
(e) 상기 스팀스트리퍼(10)에서 증발된 암모니아증기를 회수하고자하는 설정농도에 맞추어 파셜콘덴서(40)로 이송하여 90℃ 내지 97℃로 냉각하는 단계;
(f)상기 파셜콘덴서(40)에서 농축 암모니아증기를 1차응축기(50)로 이송하여 냉각수를 이용해 응축시키는 단계;
(g) 상기 1차응축기(50)에서 응축되지 않아 잔류된 암모니아 증기를 흡수탑(60)으로 이송하되, 1차 응축된 암모니아용액을 10℃ 내지 30℃로 냉각시켜 암모니아증기를 2차 회수하는 단계;
(h) 상기 1차응축기(50) 및 흡수탑(60)에서 응축 또는 흡수된 암모니아를 획득하여 암모니아탱크(70)에 저장하는 단계;
를 포함한 순서로 진행되며, 각 단계별 구체적인 순서는 다음과 같다.
우선, 상기 (a)단계에서, 폐수가 침전지 또는 폐수탱크에 저장되고, 폐수는 공급펌프(Feed Pump)에 의해 스팀스트리퍼(10) 측으로 이동하게 되는데, 이 때, 폐수에 혼합된 부유물, 고형물 또는 중금속을 제거하기 위해 스테인리스 재질의 마이크로필터(30)를 거치도록 하여 5㎛ 내지 10㎛ 크기의 부유물과 구리, 납, 카드뮴 또는 알루미늄 등을 포함하는 고형의 중금속을 폐수에서 제거하도록 한다.
이 때, 상기 마이크로필터(30)는 필터 내측에 쌓이는 이물질과 수분을 배출할 수 있도록 차압식 드레인 또는 플로트식 드레인을 설치할 수 있으며, 차압식 드레인은 바울에 압력이 가해지면 오토드레인 커버가 하강하면서 오토드레인 커버 하부와 상부 간 압력평형을 이루고, 바울에 가해지는 압력이 사라지게 되면, 오토드레인 커버가 상승하면서 필터 내측에 쌓이는 이물질이 수분과 함께 드레인을 통해 자동으로 제거된다.
더불어 플로트식 드레인은 필터 내측에 쌓이는 수분 및 이물질이 트랩내부에 고이게되면 트랩내부의 플로트가 부력에 의해 상승하면서 배출 노즐이 열리게되어 수분과 이물질이 자동으로 배출되는 구조로 본원 발명의 구조를 고려하였을 때, 플로트식 드레인을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 암모니아 회수장치(100)는 순수(Demi Water)를 이용하여 초기 시험운전(Water run) 및 암모니아 회수장치(100)의 운전후 잔여물을 씻어내는 청소할 수 있도록 순수공급라인을 개설할 수 있다.
상기 마이크로필터(30)에 의해 중금속 및 부유물이 제거된 폐수는 예열기(20)로 이동하여 예열되는 (b)단계를 진행하게 되는데, 이 때, 관로상에 설치된 유량지시제어기(FIC, Flow Indicating Controller)에 의하여 설정유량과 측정치를 비교하여 유량제어밸브를 작동시키는 것으로 상기 예열기(20) 측으로 유입되는 폐수의 양이 조절되도록 한다.
상기 (b)단계에서는 폐수를 스팀스트리퍼(10) 하부의 스팀에 의해 가열된 고온액(residue)을 사용하여 예열하는 것으로 상기 예열기(20)는 판형열교환기 방식으로 내부에 설치된 판(plate)사이를 고온액과 폐수가 향류(counterflow)로 흐르면서 폐수가 가열이 되고 고온액은 온도가 낮아진다.
이 때, 고온액의 온도는 98℃에서 105℃사이 이고, 상기 예열기(20)에서 폐수는 90℃ 내지 97℃ 사이로로 예열될 수 있으며, 예열온도가 높을수록 사용하는 스팀량은 줄어든다.
또한, 상기 (b)단계에서 예열된 폐수의 온도를 측정하기 위해 상기 (c)단계에서 폐수가 스팀스트리퍼(10)로 이송되는 배관상에 온도표시기(TI, Temperature Indicator)가 설치되어 외부에서도 배관 내에서 흐르는 폐수의 온도를 확인할 수 있도록 한다.
상기 (d)단계는 Pall ring(15)이 적층된 스팀스트리퍼(10) 상부에서 폐수를 투입하고, 고온의 스팀을 스팀스트리퍼(10) 하부에서 공급하는 단계로, 고온의 스팀에 의해 상기 Pall ring(15)이 가열됨과 동시에 스팀이 상승하고, 고온의 스팀에 의해 상기 폐수의 가열 및 증발이 일어나 증기가 상승하고, 증기는 Pall ring(15)을 통해 예열된 폐수가 통과하면서 암모니아가 증발되고 물은 응축되는 열교환이 발생한고, 폐수가 상기 스팀스트러퍼(10)를 통과하면서 스팀스트리퍼(10)의 상부는 암모니아 농도가 높아지고 하부는 암모니아 농도가 낮아진다.
이 과정은 증기와 액이 연속적으로 만나 열교환이 되고, 내부의 Pall ring(15)의 역할은 표면적을 넓혀 증기와 액체가 충분이 접촉할 수 있도록 하여 암모니아가 하부에 남지않고 상부로 증발될 수 있게 한다.
암모니아가 증발된 폐수 및 열교환을 마치고 응축한 스팀은 상기 스팀스트리퍼(10) 하부로 떨어져 상기 예열기(20)에서 폐수를 예열하기 위한 고온액으로 사용된다.
또한, 상기 예열기(20)에서 사용된 스팀스트리퍼 하부의 고온액은 처리액냉각기에서 저온수에 의해 폐수처리온도에 맞게 냉각된 후 폐수처리(WWT, Wastewater Treatment)되도록 한다.
이 때, 스팀스트리퍼(10)의 가열방법은 리보일러로 열교환기를 사용한 간접가열방식과 직접 스팀을 스팀스트리퍼(10)으로 공급하여 가열하는 직접가열방식이 있으며, 바람직하게는 하부에 공급되는 스팀은 스팀탱크에서 바로 공급되는 라이브스팀 방식(직접가열방식)을 취하여 열손실을 최소화하는 것으로 폐수에 함유된 암모니아 증발효율을 높이는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 Pall ring(15)은 테프론, 폴리프로필렌, STS304 또는 STS316을 사용하여 형성되는 것으로 내염성 및 내부식성이 높아 암모니아증기를 회수한 폐수의 여액에 함유된 부식성물질에 의해 부식되지 않도록 할 수 있다.
이때, STS316은 부식 저항성을 가진 스테인레스강의 종류중 하나로 카본 0.08% 및 몰리브덴을 포함하고 있는 것이다.
또한, 상기 Pall ring(15)의 원통형의 중공부(16)를 형성하되, 상기 Pall ring에 돌출부(17)를 형성하기 위해 코일판을 스로팅(Slotting)후 펀칭, 절단, 벤딩하여 형성되는 것으로 상기 Pall ring에 가열된 폐수를 통과시킬 때, 표면적을 넓혀 암모니아 증발 효율을 높인다.
상기 돌출부(17)는 상기 Pall ring(15)의 내측에 형성되는 것으로 그 형상은 유선형, 나선형 또는 직선형 등으로 형성하는 것으로 상기 스팀스트리퍼(10) 상에서 폐수가 하강하고, 스팀이 상승할 때, 상기 돌출부(17)를 거치면서 열교환이 빠르게 일어나도록 한다.
또한, 상기 돌출부(17)은 Pall ring(15) 내측으로 5개 내지 10개가 형성되며, 상기 돌출부(17)의 위치를 서로 어긋나게 하거나 교차시키는 것으로 폐수가 접촉하지 못하는 사면을 방지하고, 상기 Pall ring(15) 내측을 통과하는 폐수 또는 증기의 와류를 일으켜 증발효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 Pall ring(15)을 상기 스팀스트리퍼(10) 내부에 적층을 용이하게 하기 위하여 상기 Pall ring(15)의 상단과 하단에 클립 또는 소켓 등을 이용해 끼우는 방식으로 적층할 수 있도록 할 수 있다.
상기 (e)단계는 상기 스팀스트리퍼(10)에서 증발된 암모니아증기가 상기 파셜콘덴서(40) 측으로 유입되고, 상기 파셜콘덴서(40)에서 암모니아증기가 90℃ 내지 97℃가 되도록 냉각시킨다.
상기 파셜콘덴서(40)에서 암모니아증기가 90℃ 내지 97℃가 되도록 냉각되어 농축되면, 농축 암모니아증기를 1차응축기(50)로 이송하게 되는데, 설정농도를 벗어나 잔류한 90℃ 내지 97℃로 냉각응축된 암모니아증기를 상기 스팀스트리퍼(10)로 재순환하여 스팀스트리퍼(10)의 폐수를 가열함과 동시에 상기 스팀스트리퍼(10)에서 재증발되도록 할 수 있다.
이 때, 상기 파셜콘덴서(40)는 암모니아증기의 온도를 측정할 수 있도록 온도측정센서를 포함하고, 상기 온도측정센서에서 측정된 온도를 이용해 배관의 흐름을 제어하는 온도지시제어기를 설치하는 것으로 하나의 예로 상기 온도지시제어기에서 설정농도를 10%로 설정하고, 오차범위를 입력하는 것으로 오차범위 미만 또는 초과 농도의 암모니아증기를 스팀스트리퍼(10)로 재순환하고, 설정농도의 오차범위 내에 포함되는 암모니아증기는 1차응축기(50)측으로 이송될 수 있도록 흐름을 제어한다.
구체적으로는 상기 파셜콘덴서(40)는 암모니아증기의 설정농도를 설정하게 되면 설정농도에 대해 암모니아가 냉각되는 목표온도를 온도지시제어기에서 조절하게되고, 이때, 목표온도별 암모니아 농도의 예시는 97℃에서 암모니아 농도가 10% 내지 11%, 95℃에서 암모니아 농도가 15% 내지 18%, 90℃에서는 27% 내지 30%이다.
상기 (f)단계에서는 상기 파셜콘덴서(40)에서 1차응축기(50)로 이송된 농축 암모니아증기는 10% 내지 30% 농도의 암모니아 기체를 포함하는 증기로 상기 1차응축기(50)에서 냉각수에 의해 35℃ 내지 45℃가 되도록 냉각시키되, 유틸리티 여건에 의해 온도가 낮을수록 암모니아 응축량이 많아진다.
상기 (g)단계에서는 상기 1차응축기(50)에서 응축되지 않아 잔류된 기체 및 액체 상태가 혼합된 암모니아증기를 흡수탑(60)으로 이송하여 저온수 쿨러 또는 냉수를 이용하여 10℃ 내지 30℃로 냉각시켜 암모니아증기를 응축하는 것으로 암모니아를 2차 회수하되, 온도가 낮으면 암모니아 회수율이 올라간다.
이 때, 상기 (g)단계는 상기 1차응축기(50)에서 응축된 암모니아증기 또한 상기 흡수탑(60)으로 이송할 수 있는 것이다.
상기 (h)단계는 상기 흡수탑(60)에 설치된 증류트랩과 회수펌프를 이용하는 것으로, 기체상태의 암모니아증기는 암모니아용액에 흡수되어 증류트랩에 의해 회수되고, 액체상태의 암모니아 용액는 회수탑 하부에 설치된 회수펌프에 의해 플레이트방식의 쿨러로 이송되어 냉각수에 의해 20℃로 낮아져 흡수탑으로 공급되며, 증류트랩에서 회수된 암모니아 증기를 흡수하여 암모니아탱크(70)로 이송하여 상기 암모니아탱크(70)에 저장하는 단계이다.
또한, 상기 흡수탑(60)에서 암모니아증기를 응축하고 남은 소량의 암모니아가스와 수증기는 흡수탑(60) 상부에 설치된 배관을 따라 스크러버(Scrubber)로 이송되어 오염물질을 제거한 후 청정공기를 대기중으로 방출하여 환경오염을 방지하도록 한다.
상기 암모니아탱크(70)는 내부에 저장된 암모니아의 압력, 온도, 저장량을 확일 할 수 있도록 압력게이지, 온도게이지, 수위감지기를 각각 설치할 수 있다.
도 2의 흐름도에 따른 공정별 폐수 및 암모니아의 온도, 압력, 양, 비율, 조성비 등에 대한 공정별 수치 변화에 대한 측정치를 아래 [표 1]과 같이 실시예로 정리하였다.
| 구분 | B | C | F | P | T1 | T2 | T3 |
| Tempreature(℃) | 103.7 | 92.2 | 96.0 | 20.0 | 98.3 | 92.2 | 40.0 |
| Pressure(bar) | 1.154 | 1.013 | 2.000 | 1.013 | 1.013 | 1.013 | 1.013 |
| Vapor Frac | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 1.000 | 1.000 | 0.052 |
| Mole Flow(kmol/hr) | 2198.427 | 184.528 | 2234.774 | 36.313 | 220.845 | 36.313 | 36.313 |
| Mass Flow(kg/hr) | 39605.238 | 3319.764 | 40250.000 | 644.693 | 3964.526 | 644.693 | 644.693 |
| Volume Flow(cum/hr) | 41.453 | 3.529 | 42.064 | 0.751 | 6683.777 | 1081.497 | 49.006 |
| Enthalpy(MMkcal/hr) | -146.967 | -12.138 | -149.212 | -2.001 | -11.959 | -1.626 | -1.972 |
| Mass Flow(kg/hr) | |||||||
| WATER | 39604.474 | 3240.889 | 40084.975 | 480.434 | 3721.391 | 480.434 | 480.434 |
| AMMON-01 | 0.764 | 78.875 | 465.025 | 164.259 | 243.136 | 164.259 | 164.259 |
| Mass Frac | |||||||
| WATER | 1.000 | 0.976 | 0.996 | 0.745 | 0.939 | 0.745 | 0.745 |
| AMMON-01 | 19 PPM | 0.024 | 0.004 | 0.255 | 0.061 | 0.255 | 0.255 |
| Mole Flow(kmol/hr) | |||||||
| WATER | 2198.382 | 179.897 | 2225.054 | 26.668 | 206.569 | 26.668 | 26.668 |
| AMMON-01 | 0.045 | 4.631 | 9.690 | 9.645 | 14.276 | 9.645 | 9.645 |
| Mole Frac | |||||||
| WATER | 1.000 | 0.975 | 0.996 | 0.734 | 0.935 | 0.734 | 0.734 |
| AMMON-01 | 20 PPM | 0.025 | 0.004 | 0.266 | 0.065 | 0.266 | 0.266 |
| Liq Vol 60F(cum/hr) | |||||||
| WATER | 39.681 | 3.247 | 40.162 | 0.481 | 3.729 | 0.481 | 0.481 |
| AMMON-01 | 0.002 | 0.248 | 0.519 | 0.517 | 0.765 | 0.517 | 0.517 |
| Liq Frac 60F | |||||||
| WATER | 1.000 | 0.929 | 0.987 | 0.482 | 0.830 | 0.482 | 0.482 |
| AMMON-01 | 61 PPM | 0.071 | 0.013 | 0.518 | 0.170 | 0.518 | 0.518 |
도 2 및 [표 1]에서 보는 바와 같이, 각 기호를 흐름도의 순서대로 설명하면, 우선 기호 F는 예열기(20)에서 예열된 폐수가 스팀스트리퍼로 이동할 때 측정된 수치로, 96℃의 온도로 예열된 폐수가 2bar로 승압되어 스팀스트리퍼(40) 상부에 공급되고, 예열된 폐수는 상기 스팀스트리퍼(40) 상부에서 하부로 이동하면서 팀에 의해 증발된 증기가 Pall ring(15)을 사이을 통과하면서 끓는점이 낮은 암모니아가스는 증발되고 물증기는 응축되면서 연속적으로 열교환이 일어난다.
상기 Pall ring(15)을 통과하면서 증발된 암모니아증기는 상기 스팀스트리퍼 상단과 연결된 파셜콘덴서(40) 측으로 이동하게되고, 이 때의 암모니아증기는 기호 T1에 보는 바와 같이, 98.3℃의 온도를 가지고 있으며 기액평형을 이루고 있다.
상기 파셜콘덴서(40)에서 상기 스팀스트리퍼(10) 측으로 재순환되는 암모니아증기는 기호 C에서 보는 바와 같이 92.2℃의 온도로 측정되었으며, 이는 파셜콘덴서에서 냉각된 후에 재순환되기 때문이다.
상기 스팀스트리퍼(10) 하부에 위치한 고온액은 기호 B에서 보는 바와 같이, 103.7℃로 상기 예열기(20)에서 폐수를 예열한뒤 처리액냉각기에서 냉각 후 폐수처리되도록 한다.
상기 파셜콘덴서(40)에서 냉각된 암모니아증기의 온도는 기호 T2에서 보는 바와 같이 92.2℃로 측정되었으며, 1차응축기(50)로 이동하여 기호 T3에서 보는 바와 같이 40℃로 냉각된다.
상기 1차응축기(50)에서 응축된 농축암모니아증기는 상기 흡수탑(60)으로 이동하여 기호 P에서 보는 바와 같이 20℃로 냉각된 후 암모니아탱크(70)에 저장된다.
상기 내용에서 본 발명의 도면을 기준으로 설명하였으며, 상기의 도면을 기준으로 설명한 부분에 한정되지 아니하고, 상기의 도면을 기준으로 설명한 부분을 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있다.
100 : 암모니아 회수장치
10 : 스팀스트리퍼 15 : Pall ring
16 : 중공부 17 : 돌출부
20 : 예열기 30 : 마이크로필터
40 : 파셜콘덴서 50 : 1차응축기
60 : 흡수탑 70 : 암모니아탱크
10 : 스팀스트리퍼 15 : Pall ring
16 : 중공부 17 : 돌출부
20 : 예열기 30 : 마이크로필터
40 : 파셜콘덴서 50 : 1차응축기
60 : 흡수탑 70 : 암모니아탱크
Claims (7)
- Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치에 있어서,
상기 암모니아 회수장치는 폐수가 저장되는 침전지 또는 폐수탱크;
상기 침전지 또는 폐수탱크에 저장된 폐수에 함유된 5㎛ 내지 10㎛ 크기의 부유물, 고형물 또는 중금속을 제거하는 마이크로필터;
상기 마이크로필터에서 부유물, 고형물 또는 중금속에 제거된 폐수를 스팀스트리퍼 하부의 고온액을 사용하여 예열하는 예열기;
상기 예열기에서 예열된 폐수를 공급받아 스팀으로 가열하는 스팀스트리퍼;를 포함하되, 상기 스팀스트리퍼는 Pall ring이 적층된 내부충진재를 사용하여 예열된 폐수를 스팀으로 가열된 Pall ring에 통과시켜 소량의 암모니아와 다량의 수분을 증발시키고,
상기 Pall ring은 상단과 하단에 클립 또는 소켓을 이용하여 적층을 용이하게 하되, 테프론, 폴리프로필렌, STS304 또는 STS316을 사용하여 형성되는 것으로 내염성 및 내부식성이 높아 폐수 속 암모니아증기 회수 후 여액에 의한 부식을 방지하며,
상기 스팀스트리퍼에서 증발된 암모니아증기를 90℃ 내지 97℃로 냉각하되, 설정농도를 벗어나 잔류한 90℃ 내지 97℃로 냉각응축된 암모니아응축액을 상기 스팀스트리퍼로 재순환하여 스팀스트리퍼의 폐수를 예열하는 파셜콘덴서;
상기 파셜콘덴서에서 농축 암모니아증기를 이송하여 냉각수를 이용하여 응축시키는 1차응축기;
상기 1차응축기에서 응축되지 않아 잔류된 암모니아 증기를 공급받되, 1차 응축된 암모니아용액을 10℃ 내지 30℃로 냉각시켜 암모니아증기를 2차 회수하는 흡수탑;
상기 1차응축기 및 흡수탑에서 응축 또는 흡수된 암모니아를 획득하여 저장하는 암모니아탱크;를 포함하고,
상기 암모니아 회수장치는 순수(Demi Water)를 이용하여 초기 시험운전(Water run) 및 암모니아 회수장치의 운전후 잔여물을 씻어내는 청소할 수 있도록 순수공급라인이 개설된 것을 특징으로 하는 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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- 제 1항에 있어서,
상기 예열기에서 사용된 스팀스트리퍼 하부의 고온액은 처리액냉각기에서 저온수에 의해 폐수처리에 적합한 온도로 냉각된 후 폐수처리되는 것을 특징으로 하는 Pall ring으로 구성되는 증류탑을 이용한 암모니아 회수장치.
- 삭제
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120078819A (ko) * | 2011-01-03 | 2012-07-11 | 하동희 | 폐수의 암모니아 스트리핑장치 |
| KR101470311B1 (ko) * | 2013-07-24 | 2014-12-08 | 코아텍주식회사 | 공업용 암모니아 정제장치 |
| KR101769949B1 (ko) * | 2016-07-07 | 2017-08-22 | 주식회사 에이치엔 | 에너지 소비 효율이 향상된 증발농축시스템 및 증발농축방법 |
| KR101907609B1 (ko) | 2017-02-21 | 2018-12-11 | 한모기술주식회사 | 암모니아수 회수 장치 및 암모니아수 회수 방법 |
| KR101919948B1 (ko) | 2018-04-24 | 2019-02-08 | 주식회사 에코프로 | 2차전지 전구체 제작공정에서 발생되는 폐수의 암모니아 재활용장치 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120078819A (ko) * | 2011-01-03 | 2012-07-11 | 하동희 | 폐수의 암모니아 스트리핑장치 |
| KR101470311B1 (ko) * | 2013-07-24 | 2014-12-08 | 코아텍주식회사 | 공업용 암모니아 정제장치 |
| KR101769949B1 (ko) * | 2016-07-07 | 2017-08-22 | 주식회사 에이치엔 | 에너지 소비 효율이 향상된 증발농축시스템 및 증발농축방법 |
| KR101907609B1 (ko) | 2017-02-21 | 2018-12-11 | 한모기술주식회사 | 암모니아수 회수 장치 및 암모니아수 회수 방법 |
| KR101919948B1 (ko) | 2018-04-24 | 2019-02-08 | 주식회사 에코프로 | 2차전지 전구체 제작공정에서 발생되는 폐수의 암모니아 재활용장치 |
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