KR20010081325A

KR20010081325A - 분리막을 이용한 메틸렌 클로라이드의 회수방법

Info

Publication number: KR20010081325A
Application number: KR1020000006678A
Authority: KR
Inventors: 신우철
Original assignee: 김윤; 주식회사 삼양사
Priority date: 2000-02-12
Filing date: 2000-02-12
Publication date: 2001-08-29

Abstract

본 발명은 분리막을 이용한 메틸렌 클로라이드의 회수방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 메틸렌 클로라이드가 함유된 질소가스를 컴프레서로 가압한 다음 컨덴서로 응축하고, 상기 응축된 메틸렌 클로라이드를 회수하고, 컨덴서를 통과한 메틸렌 클로라이드가 함유된 질소가스를 분리막에 투과하여 고농도의 메틸렌 클로라이드가 함유된 질소가스를 다시 컴프레서로 재순환되고, 저농도의 메틸렌 클로라이드가 함유된 질소가스를 흡착탑에 주입하여 미량의 메틸렌 클로라이드를 흡착 제거하여 질소가스를 대기중으로 방출하는 공정으로 이루어진 분리막을 이용한 메틸렌 클로라이드의 회수방법에 관한 것이다.

이에, 상기 순환 분리공정을 통하여 메틸렌 클로라이드를 회수함으로써 회수된 메틸렌 클로라이드의 재사용이 가능하고, 대기오염을 방지할 수 있는 특징이 있다.

Description

분리막을 이용한 메틸렌 클로라이드의 회수방법{A method of recovering methylene chloride by using selectively permeable membrane}

휘발성 유기화합물(volatile organic compounds; VOC)은 지하수, 토양, 대기 등의 환경오염물질의 하나로서, 주로 휘발성 유기 할로겐 화합물로서 메틸렌 클로라이드, 디클로로 에틸렌, 트리클로로 에틸렌, 디클로로 프로판 및 클로로디브로모 에탄 등 자동차 및 석유화학 단지에서 배출되는 화합물 등이 있다. 상기 VOC가 대기중으로 배출되는 경우 광화학 스모그의 원인이 되거나 인체의 발암, 지구 온난화, 오존 파괴, 대기상의 악취발생 등의 원인이 되기 때문에 반드시 제거를 해야한다.

이러한 VOC를 처리하는 기술은 크게 VOC를 제거하는 방법 및 회수하는 방법으로 분류될 수 있다. VOC의 제거방법은 직접 소각 및 촉매소각 등이 있고, VOC의 회수방법은 흡착법, 응축법 및 막분리법 등이 있다.

VOC 제거방법은 오염원인 VOC를 제거하는 방식으로 여러 가지 방법이 있으며, 그중 직접소각 방법은 외부 물질의 처리에 의하여 VOC를 분해하는 방식으로 주로 자외선, 오존, 열 및 과산화수소를 이용하여 VOC를 제거하게 된다. 그러나,이러한 자외선 또는 오존의 조사는 가열에 필요한 에너지가 크고 비용이 높다는 결점이 있다. 또한, 열분해에 의한 제거방법은 미량의 휘발성 유기화합물을 분해하는데 투입되는 에너지가 너무 크고 부반응이 일어나기 쉬운 결점이 있다.

이에, VOC 회수방법은 제거방법과는 달리 VOC의 방출을 억제하고 이를 재사용할 수 있도록 하여 경제적 효용성 및 환경문제를 고려하여 VOC를 완전히 회수하는데 목적을 두고 있다.

VOC 회수방법 중 흡착법은 95 ∼ 98%의 높은 회수율을 기대할 수 있고, 적용되는 농도(500 ∼ 5,000 ppm) 및 유량(2,000 ∼ 100,000 cfm)의 폭이 매우 넓은 장점을 가지고 있다. 그러나, 부반응물의 폐수가 발생될 수 있고, 플러깅(plugging) 및 포울링(fouling) 현상을 감안해야 한다.

VOC 회수방법 중 응축법은 50 ∼ 90%의 비교적 양호한 회수율을 구할 수 있으며 VOC와 직접 접촉하는 방법이 아니므로 다른 부생성물로서 폐수를 발생되지 않는다. 그러나, 냉매 자체의 오염 및 폭발위험도 등을 고려해야하고 저농도시 초저온 심냉법에 의한 얼음형성(ice formation)의 문제점이 있고, 한번에 사용될 수 있는 유량(20,000 cfm)이 제한적인 문제점이 남아있는 실정이다.

VOC 회수방법 중 막분리법은 VOC가 함유된 가스를 분리막에 선택적으로 투과시켜 VOC를 흡착탑에 의해 흡수·회수하고 VOC가 제거된 가스를 공기중으로 방출시키는 방식이다. 상기 막분리법은 분리막을 친유기성 재료(organophilic material)를 이용하므로 VOC를 선택적으로 투과시켜 분리할 수 있고, VOC의 농도 및 유량의 제한성이 없으며 회수절차가 비교적 간단한 장점이 있다. 그러나,특정 배출농도를 맞추기 위한 에너지 소모량이 커질 수 있고, 피드의 일부가 액화상태로 공급될 경우 막 투과도에 영향을 미칠 수 있다.

상기 VOC의 한 종류인 메틸렌 클로라이드는 석유화학 공정 중 배출되어 환경오염의 원인이 되므로 이를 제거하기보다는 회수하는 방법이 효과적이다. 그러나, 이러한 메틸렌 클로라이드를 회수하는 방법에 있어 상기 제안된 여러 가지 방법의 문제점 등으로 인하여 새로운 대안법이 요구되고 있는 실정이다.

종래, 대기오염을 일으키는 휘발성 유기화합물(VOC) 중의 하나인 메틸렌 클로라이드를 회수하기 위하여 사용되고 있는 회수방법은 완벽한 분리가 어렵고, 막분리법의 경우 배출농도를 맞추기 위한 에너지 소모가 크고 여러 개의 분리막을 설치해야 하는 문제점이 남아있었다.

따라서, 본 발명에서는 상기의 문제점을 개선하기 위하여 메틸렌 클로라이드가 함유된 질소가스를 컴프레서, 컨덴서, 회수, 분리막 및 흡착탑으로 이루어진 순환 분리공정을 통하여 메틸렌 클로라이드를 효과적으로 회수하고, 이때의 공정의 적정 조건을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 컴프레서, 컨덴서, 회수, 분리막 및 흡착탑으로 이루어진 공정을 도식화 한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 컴프레서 2: 컨덴서

3: 회수 4: 분리막

5: 흡착탑

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 분리막을 이용한 메틸렌 클로라이드의 회수방법에 있어서, 메틸렌클로라이드가 함유된 질소가스를 컴프레서(1)로 가압하고 이어서 컨덴서(2)에서 응축하여, 응축된 메틸렌 클로라이드를 회수하는 공정(3), 상기 컨덴서(2)를 통과한 메틸렌 클로라이드가 함유된 질소가스를 분리막(4)으로 이송하여 고농도의 메틸렌 클로라이드가 함유된 질소가스를 다시 컴프레서(1)로 재순환시켜 주는 공정, 저농도의 메틸렌 클로라이드가 함유된 질소가스를 흡착탑(5)으로 주입하여 미량의 메틸렌 클로라이드를 흡착 제거하고 질소가스만을 대기중으로 방출하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 메틸렌 클로라이드의 회수방법을 그 특징으로 하고 있다.

이와 같은 본 발명을 각 회수공정의 단계별로 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 메틸렌 클로라이드(이하, MC)를 질소가스를 소정의 압력 이상으로 가압한 다음 응축한다. 불활성 가스의 하나인 질소가스를 이용하여 산소를 제거한 후에 상기 MC가 함유된 질소가스를 컴프레서(1)에서 10 ∼15 atm 범위로 가압한 다음, 상기 가압된 MC가 함유된 질소가스를 냉매 온도가 －20 ∼ 10℃ 미만으로 유지되는 컨덴서(2)로 응축시킨다. 이때, 컴프레서(1)에 의하여 가해지는 압력은 MC 및 질소가스가 분리막(4)을 투과하는 추진력이 되므로, 상기 압력보다 적은 경우 효과적으로 분리막(4)을 투과할 수 없으며 또한 그 투과속도가 매우 느려 바람직하지 못하게 된다.

이어서, 상기 응축된 MC를 회수한다(3).

이어서, 나머지 질소가스에 함유된 MC를 분리막(4)에 투과하여 분리한다.저농도의 MC가 함유된 질소가스는 분리막(4)으로 분리하여 흡착탑(5)에 제공하고 고농도의 MC가 함유된 질소가스는 다시 컴프레서(1)로 재순환시킨다.

이러한, 농도차이에 의한 분리막(4) 투과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 MC가 함유된 질소가스가 분리막(4)을 투과하는 추진력은 컴프레서(1)의 압력에 의한 분리막 상·하부의 압력차가 된다. 구체적으로, 분리막(4) 표면에서 MC는 증기상태에서 질소 및 산소 등의 기체에 비해 용해도에 의한 투과도가 높다. 분리막(4)을 선택적으로 투과하는 MC는 분리막 상·하부의 압력차를 추진력으로 이용하며 간단하게 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 J는 단위 면적당 분리막(4)을 투과하는 플럭스이며 A는 투과도(mol/㎠·atm·sec)이고, ΔP는 막 상하부의 압력차를 나타낸다. 상기 식에 의하면 단위면적이 일정한 경우 분리막(4)을 투과하는 플럭스는 ΔP에 의해 영향을 받으며, 이러한 ΔP는 컴프레서(1)의 압력에 의해 결정된다.

이때, 사용되는 분리막(4)은 MC만을 선택적으로 분리할 수 있는 폴리디메틸실록산 재질의 것이 사용된다. 상기 분리막(4)의 기공의 크기가 너무 큰 경우 질소가스와 더불어 MC 가스만을 선택적으로 분리하지 못하고, 기공의 크기가 너무 작은 경우 MC 가스 및 질소가스의 투과속도가 너무 느려진다.

마지막으로, 저농도의 MC가 함유된 질소가스를 공급받아 흡착탑(5)에서 나머지 MC를 분리하는 공정으로 본 발명을 완성한다.

상기 흡착탑(5)은 미량의 MC 가스를 흡착하고 질소가스를 대기중에 방출한다. 본 발명의 흡착탑(5)에 충전하는 흡착물질은 활성탄이 바람직하게 사용된다. 본 발명에서 사용되는 활성탄 평균 입경이 2 ∼ 10mm인 야자계 입상 형태의 것으로, 이때 활성탄의 평균 입경이 상기 범위보다 너무 크거나 작은 경우 MC 가스의 흡착능이 떨어지게 되어 바람직하지 못한다.

활성탄에 의한 MC의 흡착에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 활성탄에 의한 흡착량은 다음의 Freundlich 식을 이용하여 기본 흡착량을 구한 후, 연속 흡착 공정시에 필요한 흡착용량 계산과 비교할 수 있다.

여기서 q₀는 단위 흡착제 질량당 흡착된 용질의 질량, Co는 잔류 혼합물의 농도, K_F및 n은 고유상수를 나타낸다.

결국, 본 발명은 MC가 함유된 질소가스가 컴프레서(1)로 가압하여 컨덴서(2)로 응축하고, MC를 일정량 회수한 다음(3), 나머지 MC가 함유된 질소가스를 분리막(4)에 투과하여 투과되는 고농도의 MC를 다시 컴프레서(1)로 순환되고, 투과되지 않은 저농도의 MC는 흡착탑(5)에 주입되어 MC를 흡착하고 질소가스만을 선택적으로 대기중에 방출하는 순환공정을 따르게 된다.

본 발명은 MC의 농도가 단시간에 저하될 때까지 순환 분리공정으로 처리하고 일부 미처리분이 잔류하는 경우는 흡착탑(5)의 흡착공정으로 처리한다.

이러한 순환 분리공정에 의한 처리방법은 처리가스 중의 MC의 농도는 급격히저하되고, 잔류하는 부분도 순환처리를 계속해서 반복 수행하면 거의 완전하게 처리할 수 있게된다.

따라서, 순환 분리공정으로부터의 처리가스를 흡착제와 접촉시키고 처리가스 중의 미반응 물질 및 반응 중간 생성물을 흡착제거한 후에 배기가스를 대기 중에 방출함으로써, MC에 의한 환경오염을 극소화 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 순환 분리공정으로 메틸렌 클로라이드가 함유된 질소가스를 응축시켜 메틸렌 클로라이드만을 회수한 다음, 회수되지 않은 메틸렌 클로라이드를 흡착탑에서 흡착시키고 지속적으로 순환시키기 때문에 상기 물질의 신속처리가 가능하고 그 처리효율이 향상된다. 또한, 높은 압력의 컴프레서를 사용함으로써 컨덴서의 효율이 증가되고, 분리막을 통한 고농도의 메틸렌 클로라이드를 순환시켜 저농도의 메틸렌 클로라이드를 흡착탑에 주입시키기 때문에 활성탄 탑의 부하가 적고 거의 완벽하게 메틸렌 클로라이드를 회수할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 장치를 메틸렌 클로라이드의 회수에 도입함으로써 상기 메틸렌 클로라이드를 회수하여 재사용할 수 있고 상기 물질에 의한 대기오염을 억제할 수 있다.

Claims

분리막을 이용한 메틸렌 클로라이드의 회수방법에 있어서, 메틸렌 클로라이드가 함유된 질소가스를 컴프레서로 가압하고 이어서 컨덴서에서 응축하여, 응축된 메틸렌 클로라이드를 회수하는 공정, 상기 컨덴서를 통과한 메틸렌 클로라이드가 함유된 질소가스를 분리막으로 이송하여 고농도의 메틸렌 클로라이드가 함유된 질소가스를 다시 컴프레서로 재순환시켜 주는 공정, 저농도의 메틸렌 클로라이드가 함유된 질소가스를 흡착탑으로 주입하여 미량의 메틸렌 클로라이드를 흡착 제거하고 질소가스만을 대기중으로 방출하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 메틸렌 클로라이드의 회수방법.