KR102582933B1 - 암모니아 회수방법 및 회수시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 암모니아 사용장비의 내부에 잔존하는 액상과 기체상의 암모니아를 친환경적 및 경제적으로 회수하여 재사용하고, 작업자의 안전을 보호하고 장비의 부식을 방지할 수 있는 암모니아 회수방법 및 회수시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 암모니아 사용장비의 내부에 잔존하는 액상과 기체상의 암모니아를 회수하는 암모니아 회수방법 및 회수시스템에 관한 것으로, 암모니아를 재사용할 수 있도록 친환경적 및 경제적으로 회수하고, 작업자의 안전을 보호하며, 장비의 부식을 방지하기 위한 암모니아 회수방법 및 회수시스템에 관한 것이다.
본 발명은 암모니아 사용장비인 암모니아 공급장치, 암모니아 이송장치, 암모니아 압축장치, 암모니아 가열장치, 암모니아 냉각장치 및 암모니아 열교환기 등과 같은 암모니아 사용장비에서 암모니아를 사용한 후, 상기 암모니아 사용장비에 잔존하는 액상의 암모니아와 기체상의 암모니아를 친환경적 및 효율적으로 회수하기 위한 암모니아 회수방법 및 회수시스템을 제공하기 위한 것이다.
암모니아(NH3)는 오래전부터 사용되어 왔고, 현재에도 약 80 %가 비료로 사용되고, 나머지를 기타 상업용 냉동기의 냉매 등으로 사용하고 있다. 또한, 최근 온실가스의 주범인 화석에너지를 대체하기 위하여 수소에너지를 주목하고 있고, 냉매로 널리 알려진 암모니아가 대량의 수소를 운송할 수 있는 캐리어로서의 활용 가능성이 제안되면서 관심을 불러일으키고 있다.
즉, 수소는 우주에서 가장 풍부한 원소로, 화석연료와 달리 오염 물질이 배출되지 않기 때문에 최근 친환경 연료로 각광받고 있다. 하지만 영하 253 ℃의 초저온 액화방식으로 저장하고 운반되기 때문에 효율성이 가장 큰 과제로 손꼽혀왔다. 그런데 암모니아는 수소와 질소의 화합물로, 별도의 과정을 통해 수소를 추출하면 친환경 연료로의 사용이 가능하다. 특히, 암모니아의 저장과 운반을 위한 액화점이 영하 33 ℃로 수소보다 높아 액화를 위한 에너지 소모와 탄소 배출이 매우 적은 장점을 갖는 바, 암모니아가 대량의 수소를 운송할 수 있는 캐리어로서 가능성이 제시되고 있다.
또한, 국내에서 사용되고 있는 암모니아는 전량을 수입에 의존하고 있고, 암모니아의 회수를 통해 오염물질의 배출을 줄이고, 회수된 암모니아를 재활용하게 되면, 하수 처리와 암모니아 생산에 사용되는 에너지를 획기적으로 줄일 수 있으며 궁극적으로는 탄소배출 저감효과도 기대할 수 있다.
이러한 암모니아의 회수 관련 종래기술을 살펴보면, 대한민국 공개특허공보 제 10-2000-0062180호에는 적어도 하나의 쉘과 또한 각각 암모니아 흡착제를 충전하고 또한 흡착관을 통해 열교환이 실행될 열전달 매질을 위한 유동메카니즘을 장착한 다수의 흡착관이 구비된 다관식 흡착기를 설치하고, 암모니아 함유기체가 상기 흡착관을 통과하며 동시에 열전달 매질에 의해 흡착관 내부가 냉각되어 상기의 기체통과 흡착물속의 암모니아를 포집하고, 또한 그후 포집된 암모니아를 이탈반응을 통해 수거하며 동시에 감압하에 열전달 매질로 상기 흡착관 내부를 가열하는 단계로 구성된 암모니아 회수방법이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제 10-2020-0075663호에는 산성가스를 활성탄흡착설비에 통과시킴으로써 유기성 불순물을 활성탄에 흡착시켜서 제거하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계를 수행한 산성가스를 음이온교환섬유가 충전된 음이온교환 스크러버에 통과시켜서 이온교환섬유에 의해 산성 불순물을 제거하는 제 2 단계; 및 상기 제 2 단계를 수행한 산성가스를 건조설비에 통과시켜서 수분 및 수용성 불순물을 제거하는 제 3 단계를 포함하는, 산성가스로부터 암모니아를 회수하는 방법 등이 개시되어 있다.
즉, 종래기술에 따른 암모니아 회수는 암모니아 스트리핑(stripping) 방법, 스트루바이트(struvite) 광물침전법 또는 이온교환법 등으로 수행할 수 있다. 그런데, 상기 암모니아 스트리핑 방법은 암모니아의 고효율 제거 및 회수가 가능하지만 에너지의 소모량이 크고, 스트루바이트 광물침전법은 암모니아를 고체염의 형태로 회수 가능하지만, 추가적인 오염원을 발생하는 문제를 갖는다. 또한, 이온교환법은 암모니아를 선택적으로 제거 및 회수할 수 있지만, 이온교환 수지의 재생에 다량의 염 등이 필요한 문제점을 갖는다.
이에 따라, 친환경적 및 경제적으로 암모니아를 고효율로 회수할 수 있고, 대기환경 배출기준을 만족할 수 있는 암모니아 회수방법 및 회수시스템이 요구된다.
본 발명은 암모니아 사용장비의 내부에 잔존하는 액상과 기체상의 암모니아를 회수하는 암모니아 회수방법 및 회수시스템에 관한 것으로, 암모니아를 친환경적 및 경제적으로 회수하여 이를 재사용하고, 작업자의 안전을 보호하며, 장비의 부식을 방지하기 위한 암모니아 회수방법 및 회수시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 암모니아 회수방법은, ⅰ) 암모니아 사용장비에 제 1 유동관을 체결하는 제 1 단계; ⅱ) 암모니아 사용장비의 내부에 잔존하는 액상의 암모니아를 상기 제 1 유동관을 통해 회수하여 제 1 저장탱크로 이송하는 제 2 단계; ⅲ) 상기 암모니아 사용장비의 내부에 잔존하는 기체상의 암모니아를 회수하는 제 3 단계; ⅳ) 상기 제 3 단계에서 회수된 기체상의 암모니아를 액화하여 액상의 암모니아를 제조하는 제 4 단계; ⅴ) 상기 제 4 단계에서 제조된 액상의 암모니아를 제 1 저장탱크로 이송하는 제 5 단계; ⅵ) 상기 암모니아 사용장비에 잔존하는 기체상의 암모니아를 추가로 회수하기 위하여, 상기 암모니아 사용장비 내부로 질소를 공급하여 퍼징함으로써, 질소와 혼합된 기체상의 암모니아를 제조하는 제 6 단계; ⅶ) 상기 제 6 단계에서 제조된 질소와 혼합된 기체상의 암모니아를 흡수탑으로 이송하는 제 7 단계; ⅷ) 제 7 단계에서 흡수탑으로 이송된 질소와 혼합된 기체상의 암모니아에 물을 분사하여 암모니아수를 제조하는 제 8 단계; 및 ⅸ) 상기 제 8 단계에서 제조된 암모니아수를 제 2 저장탱크로 이송하는 제 9 단계;를 포함하고, 상기 제 3 단계는 압력변환흡착부 또는 진공펌프를 이용하여 기체상의 암모니아를 회수하며, 상기 제 6 단계에서 질소 퍼징시 암모니아의 농도는 농도는 5 내지 25 ppm이며, 상기 제 3 단계 이후에 상기 흡착제를 가열에 의해 재생하는 단계를 추가로 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 암모니아 회수시스템은, 암모니아 사용장비의 일측에 체결되어 상기 암모니아 사용장비의 내부에 잔존하는 액상의 암모니아를 제 1 저장탱크로 이송하는 제 1 유동관; 암모니아 사용장비의 일측에 구비되어 내부에 잔존하는 기체상의 암모니아를 흡착하여 회수하는 압력변환흡착부 또는 진공펌프; 상기 압력변환흡착부 또는 진공펌프에서 회수된 기체상의 암모니아를 열교환을 통해 액상의 암모니아를 제조하는 열교환기; 상기 액상의 암모니아를 저장하는 제 1 저장탱크; 상기 암모니아 사용장비 및 열교환기로 질소를 공급하는 질소저장탱크; 상기 암모니아 사용장비의 내부에 질소와 혼합된 기체상의 암모니아에 물을 분사하여 암모니아수를 제조하는 흡수탑; 상기 흡수탑에서 형성된 암모니아수를 저장하는 제 2 저장탱크; 상기 열교환기와 연결되어 상기 액상의 암모니아를 제 1 저장탱크로 이송하는 제 2 유동관; 상기 질소저장탱크와 상기 암모니아 사용장비를 연결하여 질소를 이송하는 제 3 유동관; 상기 질소저장탱크와 상기 열교환기를 연결하여 질소를 이송하는 제 4 유동관; 상기 흡수탑과 제 2 저장탱크를 연결하여 제조된 암모니아수를 이송하는 제 5 유동관; 상기 암모니아 사용장비와 압력변환흡착부를 연결하여 기체상의 암모니아를 이송하는 제 6 유동관; 상기 압력변환흡착부와 열교환기를 연결하여 기체상의 암모니아를 이송하는 제 7 유동관; 및 상기 암모니아 사용장비와 흡착탑을 연결하여 기체상의 암모니아를 이송하는 제 8 유동관;을 포함하고, 상기 제 1 유동관 내지 제 8 유동관은 각각 이송펌프 및 밸브를 포함하며, 상기 압력변환흡착부에서 사용되는 흡착제는 제올라이트(zeolite), 알루미나(alumina), 실리카(silica) 및 활성탄(active carbon)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 암모니아 회수방법 및 회수시스템에 따르면, 암모니아를 친환경적 및 경제적으로 회수가 가능하고, 이를 통해 작업자의 안전을 보호하며, 장비의 부식을 방지할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 암모니아를 고순도로 회수하여 저비점 불순물(H2, N2, O2, CO2 등) 등을 포함하지 않고, 고순도의 암모니아를 저비용으로 공급할 수 있게 되는 효과를 갖고, 특히, 기존 사용하던 라인과 연결하여 사용할 수 있음으로 장비 투자비용 등을 크게 절감할 수 있는 효과를 갖는다. 그리고, 암모니아의 회수효율을 극대화하여 환경오염 방지의 실효성을 증대하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 암모니아 회수방법에 대한 흐름도이고,
도 2는 본 발명에 따른 암모니아 회수시스템에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 암모니아 회수시스템에 대한 모식도이다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
아래에서는 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 암모니아 회수방법 및 회수시스템에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명에 첨부된 도 1은 본 발명에 따른 암모니아 회수방법에 대한 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 암모니아 회수시스템(100)에 대한 모식도이다.
암모니아(NH3)는 많은 화학공정에서 사용되고 있고, 최근 반도체 제조 공정 및 액정 제조 공정에 있어서는 질화물 피막의 제작 등에 사용하는 처리제로서 고순도의 암모니아가 이용되고 있다. 상기 암모니아는 질소와 수소가 화학적으로 결합된 물질로, 비료나 화학 산업에서 광범위하게 사용되며, 특히 액체수소보다 단위 부피당 수소 저장 밀도가 1.7배 높아 많은 양의 수소를 저장할 수 있어 수소 운송체로 각광받고 있다.
본 발명에 있어서 암모니아 사용장비(10)는 상기와 같은 공정에 암모니아를 공급하기 위한 장비로서, 암모니아 공급장치, 암모니아 이송장치, 암모니아 압축장치, 암모니아 가열장치, 암모니아 냉각장치 및 암모니아 열교환기 등을 포함할 수 있다.
상기 암모니아 사용장비(10)에서 암모니아를 사용한 후, 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 암모니아를 회수하여 재사용함으로써, 작업자의 안전을 보호하고, 장비의 부식을 방지할 수 있게 된다. 또한, 암모니아의 폐수 등으로 배출을 방지할 수 있어 환경오염을 방지할 수 있게 된다.
상기 암모니아 사용장비(10)로부터 상기와 같은 장치로 암모니아를 공급한 후에는 상기 암모니아 사용장비(10)에 액상 및 기체상의 암모니아가 잔존하게 된다.
종래에는 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 액상 및 기체상의 암모니아를 배출하기 위해서는 폐수처리를 하여야 하고, 상기 암모니아는 관련 장비의 부식을 유발하며, 특히 작업자의 안전을 저해할 수 있다.
따라서, 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 암모니아를 회수하여 재사용함으로써, 작업자의 안전을 보호하고, 장비의 부식을 방지하며, 고순도의 암모니아를 저비용으로 공급할 수 있게 되는 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 암모니아 회수방법은 도 1에 도시된 바와 같이, ⅰ) 암모니아 사용장비(10)에 제 1 유동관(30)을 체결하는 제 1 단계; ⅱ) 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 액상의 암모니아를 상기 제 1 유동관(30)을 통해 회수하여 제 1 저장탱크로 이송하는 제 2 단계; ⅲ) 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 기체상의 암모니아를 회수하는 제 3 단계; ⅳ) 상기 제 3 단계에서 회수된 기체상의 암모니아를 액화하여 액상의 암모니아를 제조하는 제 4 단계; ⅴ) 상기 제 4 단계에서 제조된 액상의 암모니아를 제 1 저장탱크로 이송하는 제 5 단계; ⅵ) 상기 암모니아 사용장비(10)에 잔존하는 기체상의 암모니아를 추가로 회수하기 위하여, 상기 암모니아 사용장비(10) 내부로 질소를 공급하여 퍼징함으로써, 질소와 혼합된 기체상의 암모니아를 제조하는 제 6 단계; ⅶ) 상기 제 6 단계에서 제조된 질소와 혼합된 기체상의 암모니아를 흡수탑으로 이송하는 제 7 단계; ⅷ) 제 7 단계에서 흡수탑으로 이송된 질소와 혼합된 기체상의 암모니아에 물을 분사하여 암모니아수를 제조하는 제 8 단계; 및 ⅸ) 상기 제 8 단계에서 제조된 암모니아수를 제 2 저장탱크로 이송하는 제 9 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
이를 상세하게 살펴보면, 본 발명에 따른 암모니아 회수방법은 먼저 암모니아 사용장비(10)에 제 1 유동관(30)을 체결하는 제 1 단계를 포함한다. 즉, 상기 암모니아를 사용하는 암모니아 공급장치, 암모니아 이송장치, 암모니아 압축장치, 암모니아 가열장치, 암모니아 냉각장치 및 암모니아 열교환기 등과 같은 암모니아 사용장비(10)의 일측에 사용후 잔존하는 암모니아를 회수하기 위하여 제 1 유동관(30)을 체결하게 된다. 상기와 같은 암모니아 사용장비(10)에는 암모니아를 유입하는 유입관 및 상기 암모니아를 유출하는 유출관 등이 있으므로, 상기 유입관 또는 유출관에 제 1 유동관(30)을 체결하게 된다.
상기 제 1 단계 이후에는 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 액상의 암모니아를 상기 제 1 단계에서 체결된 제 1 유동관(30)을 통해 회수하여 제 1 저장탱크(20)로 이송하는 제 2 단계;를 수행하게 된다. 상기 제 2 단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 암모니아 사용장비(10)의 하부일측에 체결된 제 1 유동관(30)을 통해 수행할 수 있다. 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 액상의 암모니아는 제 1 유동관(30)을 통해 액상의 암모니아를 저장하는 제 1 저장탱크(20)로 유동하게 된다.
즉, 상기 암모니아 사용장비(10)의 일측에 체결된 제 1 유동관(30)에 함께 구비되어 있는 밸브(50)를 개방함으로써, 사용후 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하고 있는 액상의 암모니아를 배출하여 회수하게 된다. 상기와 같이 회수된 액상의 암모니아는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 암모니아 사용장비(10)의 일측에 체결된 제 1 유동관(30)에 함께 구비되어 있는 밸브(50)를 통해 상기 제 1 탱크(20)로 유동되어 회수될 수 있다.
상기와 같이 제 2 단계로서 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 액상의 암모니아를 제 1 저장탱크(20)로 이송하여 회수하는 단계를 수행한 후에는 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 기체상의 암모니아를 회수하는 제 3 단계를 수행하게 된다. 본 발명에 따르면, 상기 제 3 단계는 압력변환흡착부(60) 또는 진공펌프(미도시)를 이용하여 수행이 가능하다.
상기 압력변환흡착부(60)는 흡착제를 포함하는 복수의 흡착칼럼을 독립적으로 구비하고, 이를 동작하여 상기 기체상의 암모니아를 흡착하게 된다. 상기 흡착칼럼에 사용되는 흡착제로는 제올라이트(zeolite), 알루미나(alumina), 실리카(silica) 및 활성탄(active carbon)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 압력변환흡착부(60)는 흡착시에는 흡착열이 발생하고 탈착시에는 탈착에 의해 열을 흡수함에 따라서 흡착성능을 최대한 발휘할 수 없게 되므로, 2개 이상의 흡착칼럼을 구비하여 교대로 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 상기와 같이 흡착칼럼을 2개 이상으로 구비하여 교대로 사용함으로써, 흡착 또는 탈착시 열에 의한 흡착성능의 감소 등과 같은 부작용을 최소화할 수 있다.
상기 압력변환흡착부(60)에 구비되는 흡착제에 흡착된 기체상의 암모니아는 통상의 탈착 공정을 거쳐 회수될 수 있다. 즉, 기체상의 암모니아를 흡착한 흡착제는 가열하여 상기 흡착제를 재생하면서 고순도의 기체상의 암모니아를 탈착하게 된다. 상기와 같이 탈착된 고순도의 기체상의 암모니아는 이후에 액화처리되어 제 1 저장탱크(20)로 이송되어 저장될 수 있다.
상기와 같이 재생된 흡착제는 압력변환흡착부(60)에 다시 투입되어 기체상의 암모니아를 흡착하는 공정을 재수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 3 단계 즉, 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 기체상의 암모니아는 진공펌프(미도시)를 이용하여 회수가 가능하다.
즉, 상기 암모니아 사용장비(10)에 잔존하는 기체상의 암모니아는 진공펌프에 의해 외부로 배출될 수 있다. 상기 기체상의 암모니아는 진공펌프에 의해 상기 암모니아 사용장비(10)로부터 배출되어 열교환기(70)를 거쳐 제 1 저장탱크(20)로 이송될 수 있다.
즉, 상기 암모니아 사용장비(10)와 체결된 제 1 유동관(30)과 진공펌프를 체결하고, 상기 진공펌프를 가동하여 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부 압력을 0.03 내지 0.3 bar를 유지함으로써, 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하거나 또는 내부 표면에 흡착되어 있는 암모니아를 모두 제거할 수 있다.
상기 제 3 단계 이후에는 상기 제 3 단계를 통해 회수된 기체상의 암모니아를 액화하여 액상의 암모니아를 제조하는 제 4 단계를 수행하게 된다. 상기 제 4 단계는 열교환기(70)를 통해 수행될 수 있고, 상기 제 3 단계에서 회수된 기체상의 암모니아를 열교환을 통해 상기 기체상의 암모니아를 응축시켜 액상의 암모니아를 제조하게 된다.
상기 열교환기(70)에 의해 기체상의 암모니아를 응축시켜 제조된 액상의 암모니아는 상기 제 1 저장탱크(20)에 저장된다. 본 발명에 따르면, 상기와 같이 열교환되어 응축된 액상의 암모니아의 온도는 약 영하 34 ℃일 수 있다.
상기와 같이 제 4 단계를 통해 제조된 액상의 암모니아는 제 1 저장탱크(20)로 이송하는 제 5 단계를 수행하게 된다.
상기 제 1 단계 내지 제 5 단계를 통해 상기 암모니아 사용장비(10)에 잔존하는 액상 및 기체상의 암모니아는 대부분 회수되나, 미량의 기체상의 암모니아가 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존할 수 있다.
상기와 같이 암모니아 사용장비(10)에 잔존하는 미량의 기체상의 암모니아를 회수하기 위하여 제 6 단계로서, 질소를 공급하여 상기 암모니아 사용장비(10) 내부를 퍼징하여 질소와 혼합된 기체상의 암모니아를 제조하게 된다.
통상적으로 불활성 기체를 공급하여 내부에 있는 잔류 가스를 농도를 희석하는 것을 퍼징(purging)이라 하고, 퍼징을 위해서는 내부로 불활성 가스를 상당한 압력으로 공급하게 되는데, 본 발명에 따르면, 질소(N2)가 공급될 수 있다.
상기와 같이 제 6 단계를 통해 암모니아 사용장비(10)를 불활성 가스인 질소로 퍼징을 하게 되면, 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부 또는 내부 표면에 흡착되어 있는 미량의 암모니아를 제거하여, 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 미량의 암모니아를 완벽하게 제거할 수 있게 된다.
상기와 같이 암모니아 사용장비(10)의 질소 퍼징을 통해 상기 질소와 혼합되어 암모니아의 농도가 배출허용 범위인 5 내지 25 ppm 범위로 질소와 혼합되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 제 6 단계를 통해 암모니아 사용장비(10)를 질소로 퍼징하여 질소와 혼합된 기체상의 암모니아를 제조한 후에는 제 7 단계로서, 상기 제 6 단계에서 제조된 질소와 혼합된 기체상의 암모니아를 흡수탑(40)으로 이송하는 단계를 수행하게 된다.
상기 제 6 단계에서 제조된 질소와 혼합된 기체상의 암모니아는 도 2에 도시된 바와 같이, 제 4 유동관(33)을 통해 흡수탑(40)으로 이송될 수 있다.
상기 제 7 단계를 통해 흡수탑(40)으로 이송된 질소와 혼합된 기체상의 암모니아는 제 8 단계로서 상기 흡수탑(40) 내부에서 분사되는 물과 반응하여 암모니아수를 제조하게 된다. 즉, 상기 흡수탑(40)의 내부에는 물분사 노즐(미도시)이 구비되고, 흡수탑(40)의 외부에는 상기 물분사 노즐로 물을 공급하기 위한 물탱크(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 물탱크에서 공급되는 물은 불분사 노즐을 통해 흡수탑(40)으로 이송된 질소와 혼합된 기체상의 암모니아에 분사하게 된다.
상기와 같이 질소와 혼합된 기체상의 암모니아에 물을 분사하게 되면, 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 미량으로 존재하는 기체상의 암모니아가 물과 반응하여 아래와 같이 암모니아수를 생성하게 된다.
상기 제 8 단계를 통해 상기 흡수탑(40)에서 질소와 혼합된 기체상의 암모니아에 물을 분사하면 상기 기체상의 암모니아가 물에 흡수되어 고순도의 암모니아수가 생성된다.
상기 제 8 단계에서 기체상의 암모니아가 물과 반응하여 고순도의 암모니아수를 제조하기 위하여 불순물의 농도가 10 ppb 이하인 초순수(ultrapure water)를 분사하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기와 같이 암모니아 사용장비(10)의 내부로 분사되는 초순수는 순환펌프의 가동에 의해 상기 흡수탑(40)의 내부에서 계속 순환시킴으로써 암모니아수의 생성을 촉진시킬 수 있다.
상기와 같이 제 8 단계를 통해 제조된 암모니아수는 이후에 제 9 단계로서, 암모니아수를 저장하는 제 2 저장탱크(25)로 이송하여 저장하게 된다.
상기와 같이 수행되는 본 발명의 암모니아 회수방법에 따르면, 암모니아 사용장비(10)의 내부에 존재하는 액상의 암모니아와 기체상의 암모니아 모두를 회수할 수 있고, 이에 따라 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 암모니아가 버려지거나 외부로의 노출되지 않고 모두 회수되는 현저한 효과를 갖는다.
이하에서는 본 발명에 따른 암모니아 회수시스템(100)에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 암모니아 회수시스템(100)은 암모니아 공급장치, 암모니아 이송장치, 암모니아 압축장치, 암모니아 가열장치, 암모니아 냉각장치 및 암모니아 열교환기 등과 같은 암모니아 사용장비(10)의 사용시 그 내부에 잔존하는 액상의 암모니아 및 기체상의 암모니아를 회수하여 재사용하기 암모니아 회수시스템(100)을 가리킨다.
본 발명에 따른 암모니아 회수시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 암모니아 사용장비(10)의 일측에 체결되어 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 액상의 암모니아를 제 1 저장탱크(20)로 이송하는 제 1 유동관(30); 암모니아 사용장비(10)의 일측에 구비되어 내부에 잔존하는 기체상의 암모니아를 흡착하여 회수하는 압력변환흡착부(60) 또는 진공펌프; 상기 압력변환흡착부(60) 또는 진공펌프에서 회수된 기체상의 암모니아를 열교환을 통해 액상의 암모니아를 제조하는 열교환기(70); 상기 액상의 암모니아를 저장하는 제 1 저장탱크(20); 상기 암모니아 사용장비(10) 및 열교환기(70)로 질소를 공급하는 질소저장탱크(80); 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 질소와 혼합된 기체상의 암모니아에 물을 분사하여 암모니아수를 제조하는 흡수탑(40); 상기 흡수탑(40)에서 형성된 암모니아수를 저장하는 제 2 저장탱크(25); 상기 열교환기(70)와 연결되어 상기 액상의 암모니아를 제 1 저장탱크(20)로 이송하는 제 2 유동관(31); 상기 질소저장탱크(80)와 상기 암모니아 사용장비(10)를 연결하여 질소를 공급하는 제 3 유동관(32); 상기 질소저장탱크(80)와 상기 열교환기(70)를 연결하여 질소를 공급하는 제 4 유동관(33); 상기 흡수탑(40)과 제 2 저장탱크(25)를 연결하여 제조된 암모니아수를 공급하는 제 5 유동관(34); 상기 암모니아 사용장비(10)와 압력변환흡착부(60)를 연결하여 기체상의 암모니아를 이송하는 제 6 유동관(35); 상기 압력변환흡착부(60)와 열교환기(70)를 연결하여 기체상의 암모니아를 이송하는 제 7 유동관(36); 및
상기 암모니아 사용장비(10)와 흡착탑(40)을 연결하여 기체상의 암모니아를 이송하는 제 8 유동관;을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 암모니아 회수시스템(100)은 먼저 암모니아 사용장비(10)의 일측에 체결되어 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 액상의 암모니아를 제 1 저장탱크(20)로 이송하기 위하여 체결되는 제 1 유동관(30)을 구비한다.
상기 암모니아 사용장비(10)에는 암모니아를 유입하는 유입관 및 상기 암모니아를 유출하는 유출관 등이 있으므로, 상기 유입관 또는 유출관에 상기 제 1 유동관(30)을 용이하게 체결할 수 있다.
상기 제 1 유동관(30)의 일측은 상기 암모니아 사용장비(10)의 하부일측에 체결되되, 상기 제 1 유동관(30)은 상기 암모니아 사용장비(10)보다 더 낮은 곳에 위치하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제 1 유동관(30)이 상기 암모니아 사용장비(10)보다 더 낮은 곳에 위치함으로써, 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 액상의 암모니아는 중력에 의해 하부에 구비되는 제 1 저장탱크(20)로 유동될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제 1 유동관(30)의 일측에는 상기 암모니아 사용장비(10)로부터 배출되는 액상의 암모니아를 이송하기 위한 이송펌프(45)를 구비하는 것도 가능하다.
상기 이송펌프(45)는 액체를 한쪽에서 흡입한 후, 다른 쪽으로 밀어내거나 토출하는 장치로서, 본 발명에 따르면, 상기 이송펌프(45)는 원심펌프(Centrifugal pump) 등과 같이 고속회전이 가능하고, 취급하기 용이한 펌프를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같이 구비되는 제 1 유동관(30)의 일측에는 상기 암모니아 사용장비(10)로부터 배출되는 액상의 암모니아의 배출을 제어하기 위한 밸브(50)를 구비할 수 있다. 상기 밸브(50)는 상기 제 1 유동관(30)의 일측에 장착되어 상기 제 1 유동관(30)을 개폐함으로써, 상기 액상의 암모니아를 제 1 저장탱크(20)로 이송하거나 상기 이송을 차단하게 된다.
본 발명에 따른 암모니아 회수시스템(100)은 상기 암모니아 사용장비(10)의 일측에 구비되어 내부에 잔존하는 기체상의 암모니아를 흡착하여 회수하는 압력변환흡착부(60) 또는 진공펌프(미도시)를 구비하는 것이 바람직하고, 상기 기체상의 암모니아를 상기 암모니아 사용장비(10)로부터 압력변환흡착부(60) 또는 진공펌프로 이송하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 제 6 유동관(35)을 구비하고, 상기 제 6 유동관(35)의 일측에는 이송펌프(45) 및 밸브(50)가 구비되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 압력변환흡착공정은 압력변동을 통해 회수 대상인 기체상의 암모니아를 회수 및 농축하는 공정으로, 흡착제를 이용하여 고압에서의 기체상의 암모니아를 흡착하고, 저압 또는 가열에 의해 흡착된 기체상의 암모니아를 탈착함으로써, 기체상의 암모니아를 오염물질을 발생하지 않고 회수 및 농축할 수 있다.
상기와 같이 압력변환흡착부(60)에 의해 흡착된 기체상의 암모니아는 이후에 탈착되고, 상기와 같이 탈착된 기체상의 암모니아는 열교환기(70)로 이송된다. 상기와 같이 압력변환흡착부(60)로부터 열교환기(70)로 기체상의 암모니아를 이송하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 제 7 유동관(36)을 구비할 수 있다. 또한 상기 제 7 유동관(36)의 일측에는 다이아프램(diaphragm) 펌프 등과 같은 이송펌프(45) 및 밸브(50)를 구비하는 것이 바람직하다
상기 열교환기(70)는 열교환을 통해 상기 기체상의 암모니아를 응축하여 액상으로 제조하는 구성으로써, 본 발명에 따르면, 상기 열교환기(70)는 기체 상태의 암모니아가 공급된 후, 열교환을 통해 상기 기체상의 암모니아는 응축되어 액화될 수 있다.
상기와 같이 열교환기(70)에서 열교환 후 배출되는 액상의 암모니아는 제 2 유동관(32)를 통해 제 1 저장탱크(20)로 이송되어 저장된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 열교환기(70)에서 기체상의 암모니아와 열교환되는 열매는 질소일 수 있다. 즉, 상기 열교환기(70)에서 열매인 질소와 열교환하여 액화되어 제조되는 액상 암모니아의 온도는 영하 34 ℃일 수 있다. 즉 열교환기(70)에 공급되는 기체상의 암모니아는 질소와의 열교환에 의해, 질소는 가열되고 기체상의 암모니아는 응축되어 액화될 수 있다. 상기와 같이 기체상의 암모니아와 열교환을 위해 질소저장탱크(80)으로부터 열교환기(70)로 제 4 유동관(33)을 통해 질소가 공급될 수 있다.
상기와 같이 열교환기(70)에서 기체상의 암모니아를 열교환을 통해 액화하여 제조되는 액상의 암모니아는 제 2 유동관(31)을 통해 제 1 저장탱크(20)로 유동되어 이송된다.
본 발명에 따르면, 상기 제 2 유동관(31)의 일측에는 상기 열교환기(70)로부터 액화되어 배출되는 액상의 암모니아를 이송하기 위한 이송펌프(45) 및 밸브(50)를 구비하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 밸브(50)는 상기 제 2 유동관(31)의 일측에 장착되어 상기 제 2 유동관(31)을 개폐함으로써, 액화된 액상의 암모니아를 이송하거나 차단할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 기체상의 암모니아는 진공펌프에 의해 외부로 배출될 수 있다. 상기 기체상의 암모니아는 진공펌프에 의해 상기 암모니아 사용장비(10)로부터 배출되어 열교환기(70)를 거쳐 액화된 후 제 1 저장탱크(20)로 이송될 수 있다.
위에서 살핀 바와 같이 제 1 유동관(30) 및 제 2 유동관(31)을 통해 배출되는 액상의 암모니아는 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 저장탱크(20)로 유동되어 저장될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 암모니아 회수시스템(100)은, 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 미량의 기체상의 암모니아를 회수하기 위하여 질소저장탱크(80) 및 흡수탑(40)을 구비할 수 있다.
상기 질소저장탱크(80)는 질소를 저장하고 필요시 상기 질소를 암모니아 사용장비(10) 또는 열교환기(70)로 공급하게 된다. 상기와 같이 질소저장탱크(80)로부터 암모니아 사용장비(10)로 질소를 공급하기 위하여 제 3 유동관(32)를 구비하고, 상기 질소저장탱크(80)로부터 열교환기(70)로 질소를 공급하기 위하여 제 4 유동관(33)를 구비하게 된다.
상기 질소저장탱크(80)로부터 암모니아 사용장비(10)로 공급된 질소는 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부를 퍼징하게 된다.
상기와 같이 암모니아 사용장비(10)의 내부를 질소로 퍼징하기 위하여 상기 질소저장탱크(80)는 도 2에 도시된 바와 같이 제 3 유동관(32)을 구비하고, 상기 제 3 유동관(32)의 일측에 구비되는 이송펌프(45) 및 밸브(50)를 포함할 수 있다. 상기 제 3 유동관(32)에 구비되는 이송펌프(45)는 기체상의 암모니아를 이송하기 위한 것으로써, 다이아프램(diaphragm) 펌프를 이용할 수 있다.
상기와 같이 질소저장탱크(80)로부터 공급된 질소를 이용하여 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부를 퍼징하게 되면, 상기 암모니아 사용장비(10)의 내부에 잔존하는 기체상의 암모니아는 질소와 혼합된다.
상기와 같이 질소와 혼합된 기체상의 암모니아는 이후에 제 8 유동관(37)을 통해 흡수탑(40)으로 이송되어 암모니아수를 제조하게 된다.
또한, 상기 제 8 유동관(37)에는 질소와 혼합된 기체상의 암모니아를 이송하기 위하여 이송펌프(45)로서 다이아프램(diaphragm) 펌프 및 밸브(50)를 구비하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제 8 유동관(33)을 통해 흡수탑(40)으로 이송된 질소와 혼합된 기체상의 암모니아는 이후에 물을 분사하여 암모니아수를 제조하게 된다. 상기와 같이 암모니아수를 제조하기 위하여 흡수탑(40)의 내부에는 물분사 노즐(미도시)이 구비되고, 흡수탑(40)의 외부에는 상기 물분사 노즐로 물을 공급하기 위한 물탱크(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 질소가 혼합된 기제상의 암모니아에 물을 분사하면 미량으로 존재하는 기체상의 암모니아가 물과 반응하여 암모니아수가 생성하게 된다.
상기 암모니아는 물에 대한 용해도가 매우 크고, 저온으로 갈수록 용해도가 커지므로, 상기 흡수탑(40)에는 저온의 물을 분사하는 것이 특히 바람직할 수 있다.
상기 기체상의 암모니아가 물과 반응하여 고순도의 암모니아수를 제조하기 위하여 불순물의 농도가 10 ppb 이하인 초순수(ultrapure Water)를 분사하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 흡수탑(40)에서 생성된 암모니아수는 제 2 저장탱크(25)로 이송되어 저장될 수 있다. 본 발명에 따르면, 흡수탑(40)에서 생성된 암모니아수를 제 2 저장탱크(25)로 이송하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이, 제 5 유동관(34)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 5 유동관(34)에는 암모니아수를 이송하기 위한 이송펌프(45) 및 밸브(50)를 구비할 수 있고, 상기 제 5 유동관(34)의 일측에 구비되는 이송펌프(45)는 원심펌프(Centrifugal pump)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구비되는 본 발명에 따른 암모니아 회수시스템(100)은 암모니아를 친환경적 및 경제적으로 회수가 가능하고, 이를 통해 작업자의 안전을 보호하고 장비의 부식을 방지할 수 있으며, 고순도의 암모니아 및 암모니아수를 공급할 수 있는 효과를 갖는다. 특히, 암모니아의 회수효율을 극대화하여 환경오염 방지의 실효성을 증대하는 효과가 있다
본 발명은 도면에 도시된 실험예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실험예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 암모니아 사용장비
20 : 제 1 저장탱크
30 : 제 1 유동관
40 : 흡착탑
50 : 밸브
60 : 압력흡착변환부
100 : 암모니아 회수시스템
20 : 제 1 저장탱크
30 : 제 1 유동관
40 : 흡착탑
50 : 밸브
60 : 압력흡착변환부
100 : 암모니아 회수시스템
Claims (4)
- 암모니아를 회수하기 위한 암모니아 회수 방법으로써,
ⅰ) 암모니아 사용장비에 제 1 유동관을 체결하는 제 1 단계;
ⅱ) 암모니아 사용장비의 내부에 잔존하는 액상의 암모니아를 상기 제 1 유동관을 통해 회수하여 제 1 저장탱크로 이송하는 제 2 단계;
ⅲ) 상기 암모니아 사용장비의 내부에 잔존하는 기체상의 암모니아를 회수하는 제 3 단계;
ⅳ) 상기 제 3 단계에서 회수된 기체상의 암모니아를 액화하여 액상의 암모니아를 제조하는 제 4 단계;
ⅴ) 상기 제 4 단계에서 제조된 액상의 암모니아를 제 1 저장탱크로 이송하는 제 5 단계;
ⅵ) 상기 암모니아 사용장비에 잔존하는 기체상의 암모니아를 추가로 회수하기 위하여, 상기 암모니아 사용장비 내부로 질소를 공급하여 퍼징함으로써, 질소와 혼합된 기체상의 암모니아를 제조하는 제 6 단계;
ⅶ) 상기 제 6 단계에서 제조된 질소와 혼합된 기체상의 암모니아를 흡수탑으로 이송하는 제 7 단계;
ⅷ) 제 7 단계에서 흡수탑으로 이송된 질소와 혼합된 기체상의 암모니아에 물을 분사하여 암모니아수를 제조하는 제 8 단계; 및
ⅸ) 상기 제 8 단계에서 제조된 암모니아수를 제 2 저장탱크로 이송하는 제 9 단계;를 포함하는 암모니아 회수 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 3 단계는 압력변환흡착부 또는 진공펌프를 이용하여 기체상의 암모니아를 회수하는 것을 특징으로 하는 암모니아 회수 방법
- 암모니아 회수 시스템으로써,
암모니아 사용장비의 일측에 체결되어 상기 암모니아 사용장비의 내부에 잔존하는 액상의 암모니아를 제 1 저장탱크로 이송하는 제 1 유동관;
암모니아 사용장비의 일측에 구비되어 내부에 잔존하는 기체상의 암모니아를 흡착하여 회수하는 압력변환흡착부 또는 진공펌프
상기 압력변환흡착부 또는 진공펌프에서 회수된 기체상의 암모니아를 열교환을 통해 액상의 암모니아를 제조하는 열교환기;
상기 액상의 암모니아를 저장하는 제 1 저장탱크;
상기 암모니아 사용장비 및 열교환기로 질소를 공급하는 질소저장탱크;
상기 암모니아 사용장비의 내부에 질소와 혼합된 기체상의 암모니아에 물을 분사하여 암모니아수를 제조하는 흡수탑;
상기 흡수탑에서 형성된 암모니아수를 저장하는 제 2 저장탱크;
상기 열교환기와 연결되어 상기 액상의 암모니아를 제 1 저장탱크로 이송하는 제 2 유동관;
상기 질소저장탱크와 상기 암모니아 사용장비를 연결하여 질소를 이송하는 제 3 유동관;
상기 질소저장탱크와 상기 열교환기를 연결하여 질소를 이송하는 제 4 유동관;
상기 흡수탑과 제 2 저장탱크를 연결하여 제조된 암모니아수를 이송하는 제 5 유동관;
상기 암모니아 사용장비와 압력변환흡착부를 연결하여 기체상의 암모니아를 이송하는 제 6 유동관;
상기 압력변환흡착부와 열교환기를 연결하여 기체상의 암모니아를 이송하는 제 7 유동관; 및
상기 암모니아 사용장비와 흡착탑을 연결하여 기체상의 암모니아를 이송하는 제 8 유동관;을 포함하는 암모니아 회수 시스템.
- 청구항 3에 있어서,
상기 제 1 유동관 내지 제 8 유동관은 각각 이송펌프 및 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 회수 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230081502A KR102582933B1 (ko) | 2023-06-23 | 2023-06-23 | 암모니아 회수방법 및 회수시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020230081502A KR102582933B1 (ko) | 2023-06-23 | 2023-06-23 | 암모니아 회수방법 및 회수시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102582933B1 true KR102582933B1 (ko) | 2023-10-04 |
Family
ID=88290092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230081502A KR102582933B1 (ko) | 2023-06-23 | 2023-06-23 | 암모니아 회수방법 및 회수시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102582933B1 (ko) |
Citations (5)
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| KR102184349B1 (ko) * | 2020-06-25 | 2020-11-30 | 주식회사 한울엔지니어링 | 제철 부생가스로부터 수소 및 이산화탄소의 분리회수 방법 및 장치 |
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-
2023
- 2023-06-23 KR KR1020230081502A patent/KR102582933B1/ko active IP Right Grant
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