KR20030051452A - 지구 온난화 방지 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

N2O 를 함유하는 피처리가스 중의 N2O 를 비교적 저온에서 분해시킬 수 있는 저렴하면서 실용성이 우수한 N2O 의 분해에 의한 지구 온난화 방지 방법 및 그 장치를 제공한다.
즉, 본 발명은, N2O 를 함유하는 피처리가스 중의 N2O 를 열분해 또는 접촉 분해시키는 N2O 의 분해 방법에 있어서, N2O 를 함유하는 피처리가스류를 분할하고, 그 일부를 예열하여 이 기류 중의 N2O 를 발열적으로 분해시켜 열기류를 이루며, 분할된 남은 피처리가스류를 이 열기류 중에 공급하여 N2O 의 분해를 계속시킴으로써 지구 온난화를 방지하는 것을 특징으로 하는 지구 온난화 방지 방법 및 그 장치이다.

Description

지구 온난화 방지 방법 및 그 장치{METHOD AND DEVICE FOR GLOBAL WARMING PREVENTION}
본 발명은, 지구 온난화 가스의 처리 방법 및 그 처리 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 지구 온난화 가스인 아산화질소 (N2O) 를 발열적으로 분해시켜, N2O 를 질소 (N2), 산소 (O2), 경우에 따라서는 이들에 부가하여 질소산화물 (NO, NO2등) 로 변환함으로써 지구 온난화를 방지하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
종래, 질산을 산화제로서 사용하는 화학 프로세스의 하나인 아디프산의 제조프로세스에서는, 시클로헥사논 및/또는 시클로헥사놀을 질산으로 산화할 때에 부생되었던 아산화질소는 대기중으로 방출되고 있었다.
그러나, 아산화질소는 대표적인 지구 온난화 가스로서의 이산화탄소만큼 널리 알려져 있지는 않으나, 지구 온난화 가스의 일종으로 근래들어 주목받고 있는 물질이다.
아산화질소는 자연의 토양 및 농경지에서 그 대부분이 발생하며, 지구상의 전 아산화질소 발생량에 있어서 화학공업이 차지하는 비율은 적다. 그러나 아디프산 제조 프로세스 등의 화학 프로세스는 N2O 의 인위적 발생원이기 때문에 발생량의 조정이 가능하다고 생각되어, 우선 화학 프로세스에서 발생하는 아산화질소를저감시키려고 하는 움직임이 최근 높아지고 있다.
종래에 이미 여러가지로 화학 프로세스에서 발생하는 아산화질소를 저감시키는 제안이 이루어지고 있다. 이들 제안의 다수는, 아산화질소 (N2O) 를 질소 (N2), 산소 (O2), 경우에 따라서는 이들에 부가하여 질소산화물 (NO, NO2) 로 분해하는 방법으로, 이들 중 촉매를 사용하지 않고 가열에 의해 분해를 행하는 열분해법과, 촉매를 사용하여 분해를 행하는 접촉분해법의 두가지 N2O 분해 방법이 주요한 N2O 분해 방법이기 때문에 각각에 대해 다음에서 설명한다.
촉매를 사용하지 않는 열분해법으로는, 예를 들면 미국특허 제 2,974,019 호, 일본 공개특허공보 소61-257940호, 일본 공개특허공보 평5-339003호, 일본 공표특허공보 평9-508346호 등에 의한 제안이 알려져 있다. 그러나, 이들 제안은 어느 것도 다음에 나타내는 미해결의 문제를 가지고 있어, 아직 충분히 만족할 만한 아산화질소의 열분해 방법은 제안되어 있지 않다.
즉, 미국특허 제 2,974,019 호는, N2O 를 고온고압 (∼ 1692 ℃, ∼ 25.5 기압) 하에서 열분해시켜 NO2를 얻는 장치를 제안하고 있으나, 이 장치는 상기 고온고압에 견딜수 있는 신뢰성이 풍부한 재료의 입수가 곤란한 것, 및 이 때문에 장치가 고가의 것으로 되지 않을 수 없어, 실용성이 결여된다.
일본 공개특허공보 소61-257940호는 본 발명과 동일한 출원인에 의한 것으로, N2O 를 함유하는 배출가스를 예열하여 승온시키면 약 900 ℃ 에서 N2O 의 열분해가 시작되고 1000 ℃ 이상에서 N2O 의 열분해가 가능한 것을 개시하고 있다. 그러나, 이 제안에 있어서의 N2O 의 열분해 방법에서는, 처리해야할 N2O 를 함유하는 배출가스 중의 NO 및 NO2의 합계량을 10 % 이하로 할 필요가 있기 때문에, 배출가스 조성을 조정하는 부가적 공정을 필요로 하는 문제점이 있다.
또한, 일본 공개특허공보 평5-339003호는, 상기 일본 공개특허공보 소61-257940호에 개시된 N2O 의 열분해 방법을 개량하여, N2O 를 화염처리하여 열화학분해시키는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 이 방법은 화염을 갖는 연소열에 의해 화염의 존재하에 N2O 를 열화학분해시키는 방법으로, 이 때문에 이 방법의 경우에는 화염의 연소열에 N2O 의 분해열이 더해져서 상당한 고온에서 열화학반응을 행하지 않을 수 없다는 것이 우려된다. 또, 이 방법은, N2O 의 열화학분해를 위해 화염을 계속적으로 이용하는 방법이기 때문에, 이 화염을 발생시키기 위한 연료 사용량이 많아지지 않을 수 없다. 그 때문에, 그 결과 발생하는 연소가스의 양도 많아지고, 열화학분해한 가스체 중의 NO, NO2농도가 필연적으로 희박해져서 NO, NO2를 회수하기 위한 장치 (예를 들면 흡수탑) 가 대형화하는 등의 문제점이 우려된다.
또한, 일본 공표특허공보 평9-508346호는, 상기 일본 공개특허공보 소61-257940호에 개시된 N2O 의 열분해 방법을 예열부에 대해서 개량하고, N2O 로부터 NO를 제조하는 방법을 제안하고 있다. 즉, 이 방법은, N2O 를 함유하는 가스를 열교환기를 사용하여 약 400 ∼ 700 ℃ 로 하고, 다음으로 열교환기를 사용하지 않고 연소성 가스의 연소열 등을 이용하여 약 850 ℃ 로 상승시키고, 이어서 1000 ℃ 이상에서 가스 중의 N2O 를 열분해하고, 생성가스를 급속 냉각하여 NO 를 회수함으로써 N2O 로부터 NO 를 제조하는 방법의 제안이다. 그러나, 이 방법에 의한 경우, 처리해야할 N2O 를 함유하는 가스의 전량을 연소성 가스의 연소 등을 이용하여 850 ℃ 로 상승시키는 것이 필요하고, 이 때문에 연소성 가스를 다량으로 사용하지 않을 수 없어, 이 점에서 이 방법도 상기 일본 공개특허공보 평5-339003호에 의한 제안과 동일한 문제점을 갖는다. 그 위에 이 방법에서는 상기 연소열을 보유한 N2O 가 반응실에서 다량의 분해열을 발생시켜 열분해하기 때문에, 반응실의 온도가 상당히 고온으로 되지 않을 수 없다는 것이 우려된다. 이 점에 대해 동 공보의 명세서에 있어서도 반응실의 온도가 1500 ℃ 까지 상승할 가능성이 있음이 기재되어 있다.
N2O 의 열분해 반응에 있어서는, N2O 가 N2와 O2로 분해되는 반응은 발열 반응으로, 발생하는 다량의 분해열이 N2O 의 열분해가 행해지는 반응계의 온도를 현저하게 상승시키는 문제점이 있다. 이 반응계가 고온이 되면 될수록, 반응기 및 반응기에서 배출되는 가스를 처리하는 다양한 설비, 예를 들면 열교환설비, 생성가스의 흡수설비, 이들 설비를 연결하는 배관 등에 이르기까지 보다 고가의 내열성 재료를 사용하지 않을 수 없고, 또 얻어진 설비의 보수 보안이 더욱 어려워질 우려가 있다. 그러나, 상기한 모든 종래 제안에 있어서, N2O 의 분해열에 의해 발생하는 상기 문제점에 대한 고려는 거의 이루어지고 있지 않다.
즉, 기술한 바와 같이, 종래에는 충분히 만족할 수 있는 아산화질소의 열분해 방법이 제안되어 있지 않다.
촉매를 사용하는 촉매분해법으로는, 이미 예를 들면 일본 공개특허공보 평5-4027호, 일본 공개특허공보 평6-277453호 등에 의한 제안이 이루어져 있다. 그러나, 이들 제안은 어느 것도 다음에 나타내는 미해결 문제를 가지고 있어, 열분해 방법의 경우와 동일하거나 또는 충분히 만족할 수 있는 아산화질소의 접촉분해법은 알려져 있지 않다.
예를 들면 본 발명과 동일 출원인에 의한 일본 공개특허공보 평5-4027호는, N2O 를 함유하는 배출가스를 산화 제 2 구리 촉매의 존재하에서 N2와 O2로 접촉분해하는 방법을 제안하고 있고, 이 제안에는, 400 ℃ 에서 600 ℃ 의 반응 온도가 바람직하다는 것, 접촉분해에 있어서의 반응열이 크고, 단열반응에 있어서는 반응기 출구측에서 온도가 상승하기 때문에 공기 등으로 희석하여 반응기에 공급하는 것이 바람직하다는 것, 그리고 접촉분해에 의한 반응열을 접촉분해 후 가스로부터 열교환기에 의해 증기로서 회수하거나, 또는 접촉분해 후 가스를 공기 등에 의해 희석함으로써 열을 제거하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 반응열을 열교환기, 또는 희석가스로 처리하는 동 공보에서의 제안은, N2O 의 접촉분해열이 19.5kcal/mol 이라는 것을 생각하면 문제를 가지고 있다. 즉, 상기 분해열은 예를 들면 N2O 농도 34 % 의 N2O 함유 가스를 접촉분해시키면, 그 전후에서 약 600 ℃ 온도가 상승할 정도로 대량의 분해열이 발생하는 것을 의미하고 있고, 따라서 상기 제안에 의해 열을 제거하려고 하면 대량의 희석가스를 필요로 하거나 혹은 대형의 열교환기를 필요로 하게 되어, 제열 경비가 현저하게 커질 우려가 있는 것이다.
또, 일본 공개특허공보 평6-277453호는, 촉매성 N2O 분해 프로세스의 개량에 관한 제안으로서, 동 공보에는 N2O 분해존 내 모든 온도를 허용 최대 온도 Tmax 이하로 유지하기 위해, 분해존 출구의 유출가스를 냉각 후, 냉각가스류의 일부를 분해존에 환류시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 제안도 상기 일본 공개특허공보 평5-4027호와 아주 동일하게 N2O 분해시에 발생하는 대량의 반응열에 기인하는 문제가 있다.
즉, 종래에는 충분히 만족할 수 있는 아산화질소의 접촉분해 방법도 역시 제안되어 있지 않다.
본 발명은, 이상에 있어서 상술한 종래 제안되어 있는 N2O 의 분해 방법이 갖는 미해결의 여러 문제를 해결할 수 있는 N2O 의 분해 방법으로서, N2O 를 분해시킴으로써 지구 온난화를 방지하고자 하는 것이다.
즉, 본 발명의 과제는, 발생하는 N2O 분해열을 효율적으로 제어하고, N2O 를 함유하는 피처리가스 중의 N2O 를 저온이면서 고분해율로 분해시키며, 필요에 따라NO, N02를 저렴하게 회수할 수 있고, 또한 N2O 분해기 기타 설비기기로의 열부하가 적고, 그 위에, 계외로부터의 열 에너지의 공급이 매우 적어 설비 코스트가 저렴하고 운전 코스트도 저렴한, 실용성이 우수한 N2O 분해 방법에 의한 지구 온난화 방지 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 N2O 분해 방법, 특히 N2O 의 분해열이 관여하는 상기 문제점을 해결할 수 있는 방법에 대해 예의 검토한 결과, 상기 종래의 N2O 분해 방법과는 전혀 다른 상기 본 발명과제를 달성할 수 있는 N2O 의 발열적 분해 방법을 발견하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
즉, 본 발명은,
1. N2O 를 함유하는 피처리가스 중의 N2O 를 열분해 또는 접촉분해시키는 N2O 의 분해 방법에 있어서, N2O 를 함유하는 피처리가스류를 분할하고 그 일부를 예열하여, 이 기류 중의 N2O 를 발열적으로 분해시켜 열기류로 하고, 분할된 남은 피처리가스류를 이 열기류 중에 공급하여 N2O 의 분해를 계속시킴으로써 지구 온난화를 방지하고, N2O 의 발열적 분해가 촉매를 사용하지 않는 열분해에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 지구 온난화 방지 방법,
2. 분할된 남은 피처리가스를 이 열기류의 흐름 방향의 복수 위치로 공급하는 것을 특징으로 하는 상기 1 에 기재된 지구 온난화 방지 방법,
3. 피처리가스 중의 N2O 의 분해를 실질상 밀어내기 흐름 상태로 행하는 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2 에 기재된 지구 온난화 방지 방법,
4. 예열을, 연료의 산화 발열 반응을 사용한 직접가열 방식으로 행하는 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2 에 기재된 지구 온난화 방지 방법,
5. 연료가 수소 또는 메탄올인 것을 특징으로 하는 상기 4 에 기재된 지구 온난화 방지 방법,
6. N2O 를 함유하는 기체 중의 N2O 를 열분해함으로써 지구 온난화를 방지하는 장치로서,
(a) N2O 를 함유하는 피처리가스로부터 분할된 일부의 피처리가스의 도입부,
(b) 이 도입한 피처리가스의 예열부,
(c) 예열부에 인접하고, 기류의 흐름 방향의 1개 또는 2개 이상의 위치에 분할된 남은 피처리가스의 공급수단을 구비하는 열분해부,
(d) 열분해한 기체의 배출부
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지구 온난화 방지 장치,
7. 예열부가 연료연소 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 6 에 기재된 지구 온난화 방지 장치,
8. 연료연소 수단으로의 연료공급량의 증감에 의해, 배출부 출구의 기류 온도를 일정 온도로 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 7 에 기재된 지구 온난화 방지 장치,
9. 열분해부가 적어도 하나의 피처리가스의 공급수단의 전방 및/또는 후방위치에 다공판 및/또는 다관 노즐을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 6, 7 또는 8 에 기재된 지구 온난화 방지 장치,
10. 피처리가스의 공급수단 중의 어느 방향으로 유입되는 기류가 선회류로서 유입되도록 다공판, 다관 노즐 및/또는 피처리가스 공급구가 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 6, 7 또는 8 에 기재된 지구 온난화 방지 장치,
11, 지구 온난화 가스인 N2O 의 대기중으로의 방출이 저감된 아디프산의 제조방법으로서,
(1) 시클로헥사놀 및/또는 시클로헥사논을 질산 산화하여 아디프산을 이루는 질산 산화 공정,
(2) 질산 산화 공정에서 발생하는 N2O 함유가스에서 HNO3를 회수하는 질산 회수 공정,
(3) HN03를 회수한 남은 N2O 를 함유하는 피처리가스류를 분할하고, 그 일부를 예열하여, 이 기류 중의 N2O 를 발열적으로 분해시켜 열기류를 이루며, 분할된 남은 피처리가스류를 이 열기류 중에 공급하여, N2O 의 분해를 계속시키는 N2O 분해 공정,
(4) N2O 분해 공정에서 배출되는 N2O 분해열을 회수하는 N2O 분해열 회수 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 아디프산의 제조방법,
이다.
도 1 은 본 발명의 N2O 열분해 장치의 개념도.
도 2 는 실시예 1 에 사용되는 열분해 장치의 개념도.
도 3 은 실시예 7 에 사용되는 열분해 장치의 개념도.
도 4 는 본 발명의 복수의 촉매층을 갖는 N2O 의 접촉분해 장치의 모식도.
도 5 는 본 발명의 독립하는 촉매층을 복수 조합한 N2O 의 접촉분해 장치의 모식도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 …N2O 를 함유하는 기체의 도입부
2 …예열부
3 …예열가스 수입부(受入部)
4 …N2O 를 함유하는 기체의 공급부
5 …N2O 열분해부
6 …열분해가스 배출부
7 …열분해 장치벽
8 …열분해부
9 …다공판
10 …예열부
11 …저항판
12 …N2O 를 함유하는 기체의 공급부
13 …열분해부
14 …다공판
15 …예열부
16 …N2O 를 함유하는 기체의 공급부
17 …피처리가스의 도입부
18 …희석가스의 도입부
19 …예열부
20 …예열가스 수입부
21 …공극부(空隙部)
22 …접촉분해부
23 …혼합부
24 …피처리가스의 공급부
25 …희석가스의 공급부
26 …접촉분해가스 배출부
27 …접촉분해장치기벽
다음에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은, N2O 를 함유하는 가스 중의 N2O 를 발열적으로 분해하며, 지구 온난화 가스인 N2O 의 대기중으로의 방출을 현저하게 감소시킴으로써 지구 온난화를 방지하는 것이다. N2O 의 분해에 관해서는, 다음의 식 (1),(2) 로 나타내는 반응이 알려져 있다.
N2O →N2+ 1/2 O2(1)
N2O →NO+ 1/2 N2(2)
상기 식 (1) 의 반응은 19.5 kcal/mol 의 열량을 발생하는 발열 반응이고, 상기 식 (2) 의 반응은 1.96 kcal/mol 의 흡열 반응이다. 따라서, N2O 의 분해 반응은 식 (1) 의 반응에 의한 발생열량이 식 (2) 의 반응에 의한 흡수열량보다 전체적으로 많을 때에 발열적 분해가 된다. 본 발명에 있어서의 N2O 의 분해는, 이러한 발열적 N2O 의 분해를 의미한다.
본 발명은, N2O 를 함유하는 피처리가스 중의 N2O 를 열분해 또는 접촉분해시키는 N2O 의 분해 방법에 있어서, N2O 를 함유하는 피처리가스류를 분할하고, 그 일부를 예열하여, 이 기류중의 N2O 를 발열적으로 분해시켜 열기류를 이루고, 분할된 남은 피처리가스류를 이 열기류 중에 공급하여 N2O 의 분해를 계속시킨다.
본 발명에 있어서의 N2O 를 함유하는 기체인 피처리가스는, 바람직하게는 질산 산화법에 의한 아디프산의 제조공정에서의 원료가스이지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 또, N2O 외에 공기, 질소, 산소, 물, 이산화탄소, 일산화탄소, 일산화질소, 이산화질소, 탄화수소류를 포함하고 있어도 하등의 문제가 없다.
본 발명에 있어서의 N2O 의 열분해는, 촉매를 사용하지 않고 N2O 를 함유하는 기체중의 N2O 를 발열적으로 열분해시킴으로써 N2O 를 N2, O2, NO, NO2등으로 변환시키는 것을 말한다. 본 발명에서는, N2O 를 함유하는 기체인 피처리가스류를 분할하여 복수의 가스류를 형성시키고, 그 가스류의 일부를 예열한다.
이 때의 예열 온도는 N2O 가 열분해를 실질상 개시할 수 있는 온도인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서 특히 바람직한 예열 온도는 약 750 ℃ 이상 약 950 ℃ 이하이다. 예열 온도가 약 750 ℃ 미만이면, N2O 의 열분해 반응영역에 이 예열가스류를 도입했을 때에, N2O 의 열분해 반응을 실용적인 반응속도로 진행시킬 수 없을 우려가 있다. 또, 약 950 ℃ 를 넘으면 실질적인 N2O 의 열분해 반응이 개시되기 때문에, 본 발명에서 예열한다고 하는 이점이 상실된다. 이 예열 온도에 따라, 예열영역에 근접한 열분해 영역에 있어서의 도입된 피처리가스의 체류시간을 적절히 설정할 수 있다.
예열된 상기 피처리가스류의 일부는 예열영역에 인접하는 N2O 열분해 반응영역에 도입되고, 이 반응영역에 있어서 N2O 의 자기열분해가 발열적으로 개시되어 열분해하며, N2O 의 분해열에 의해 도입된 가스류의 흐름 방향으로 가스류의 온도가 보다 상승하여, 고온의 열기류가 형성된다.
본 발명에서는, 이 고온의 열기류 중에 분할된 남은 피처리가스류를 공급함으로써 그 남은 피처리가스류의 온도를 N2O 의 열분해 온도 이상으로 상승시키고, 열기류 중에 공급된 피처리가스 중의 N2O 열분해를 계속 이어서 행하게 하는 것이다.
분할된 남은 피처리가스류는, 상기 열기류의 흐름방향의 복수의 위치로 공급하는 것이 보다 바람직하고, 2 ∼ 5개의 위치에 공급하는 것이 특히 바람직하다. 이렇게 함으로써 본 발명에 의하면, 앞서 공급한 피처리가스 중의 N2O 가 자기열분해하여 발열하는 분해열을 그보다 후에 공급한 피처리가스류의 승온에 고도로 순차 이용할 수 있는 것이며, 또한 N2O 의 열분해 반응계의 온도분위기를 1000 ℃ 정도의 비교적 저온영역에서 1300 ℃ 정도의 중온영역에 이르기까지의 매우 적절한 상태로 제어할 수 있는 것이다. 피처리가스류를 분할한 흐름의 수가 많아지면 그에 따라 예열에 필요한 연료의 투입량이 적은 양으로 가능하여, N2O 의 분해반응을 소정의 온도로 유지하기 위한 에너지 비용이 저감된다.
본 발명의 의한 N2O 를 함유하는 가스 중의 N2O 의 열분해는, N2O 열분해 영역에 인도되는 가스의 흐름을 밀어내기 흐름 상태로 형성하여 행하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 피처리가스 중의 N2O 가 열분해하여 발열하는 분해열을, 뒤에서부터 N2O 열분해 영역에 공급하는 피처리가스류의 승온에 보다 고효율로 이용할 수 있다. 또, 이 가스 흐름을 밀어내기 흐름 상태로 함으로써, N2O 열분해 반응영역에 있어서의 열기류의 온도를 보다 정확하게 제어할 수 있어 소망하는 온도영역의 열기류의 소망하는 곳에 분할된 남은 피처리가스류를 공급하는 것이 가능해지는 것이다.
본 발명에서 처리해야할 피처리가스류를 분할하여 얻어지는 가스류의 일부를 예열할 때의 예열방법은 특별히 제한되는 것은 아니고, 종래 공지의 가스체를 가열하는 방법 중 임의의 것을 사용하여도 지장이 없어, 예를 들면 피처리가스가 흐르는 관을 외부에서 가열하는 관식형 가열 등의 간접가열 방식, 연소가스 중에 피처리가스를 넣어 가열하는 기체 열매체형 가열 방식이나 연료 및/또는 피처리가스의 일부를 연소시켜 그 열로 피처리가스를 가열하는 부분 연소형 가열 방법 등의 직접가열 방식, 그리고 전기로에 의한 가열 방식, 마이크로파 가열 방식 등 중에서 임의의 것을 사용하면 된다.
상기 예열방법 중 본 발명에서는, 특히 직접가열 방식이 다른 가열 방식보다도 용이하고 저렴하게 원하는 온도까지 가스 흐름을 가열할 수 있기 때문에, 바람직하게 사용할 수 있다.
직접 가열 방식을 보다 구체적으로 나타내면, 부분 연소형 가열방법으로, 피처리가스 중의 N2O 를 연료와 직접 반응시키고, 이 반응열에 의해 피처리가스를 가열하는 방법을 예로 들 수 있다. 기체 열매체형 가열 방법으로는, 연료의 연소에 의해 형성된 고온가스와 피처리가스를 혼합하는 방법을 예로 들 수 있다.
본 발명에 있어서의 상기 연료로는 지연성(支撚性) 가스의 존재하에서 연소하는 물질로, 기체연료, 액체연료, 고체연료를 폭넓게 사용할 수 있다. 기체연료로는 천연가스, 메탄, 프로판, 부탄 등의 탄화수소가스, 수소가스, 암모니아, 히드라진 등을 예시할 수 있다. 액체연료로는, 가솔린, 케로신, 경유 등의 탄화수소류, 메탄올, 에탄올 등의 알콜류를 예시할 수 있다. 기체연료의 중에서는 특히 수소가스가 이산화탄소의 발생이 없고, 환경으로의 영향이 극히 미소하다는 점에서 다른 연료보다 우수하기 때문에 바람직하다. 또, 액체연료 중에서는 메탄올이 저가이면서 취급이 용이하다는 점에서 다른 연료보다 우수하기 때문에, 본 발명에서 특히 바람직하게 사용된다. 지연성 가스로는 공기, 산소, 아산화질소 등을 예시할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 의한 N2O 를 열분해함으로써 지구 온난화를 방지하는 지구 온난화 방지 장치에 대해서 설명한다.
본 발명에 의한 N2O 를 열분해하는 지구 온난화 방지 장치, 즉 N2O 열분해 장치는,
(a) N2O 를 함유하는 피처리가스의 도입부,
(b) 도입한 피처리가스의 예열부,
(c) 예열부에 인접하고, 기류의 흐름 방향의 1개 또는 2개 이상의 위치에 N2O 를 함유하는 피처리가스의 공급수단을 구비하는 열분해부,
(d) 열분해한 기체의 배출부
로 이루어진다. 열분해부는 N2O 를 열분해시키는 영역이다.
도 1 에 본 발명에 의한 N2O 열분해 장치를 설명하기 위한 개념도를 나타낸다. 도 1 에 있어서, 도면부호 1 은 N2O 를 함유하는 가스도입부, 도면부호 2 는 도입한 가스의 예열부, 도면부호 3 은 예열가스 수입부, 도면부호 4 는 N2O 를 함유하는 가스의 공급부, 도면부호 5 는 N2O 의 열분해 반응을 실행시키는 N2O 열분해부, 도면부호 6 은 열분해가스 배출부, 도면부호 7 은 열분해 반응기 (노) 벽을 나타낸다.
피처리가스의 일부가 가스도입부 (1) 를 거쳐 예열부 (2) 에서 N2O 가 열분해를 개시할 수 있는 온도로 균일하게 예열된다. 예열을 기술한 직접가열 방식에 의해 행하는 경우에는, 예열부 (2) 에 도시하지 않은 연료, 지연성 가스의 도입부를 형성하면 된다. 이 경우에는 예열부 내에 연소버너 등의 연료연소 수단을 구비시키는 것이 바람직하다.
예열된 N2O 함유가스는 예열가스 수입부 (3) 에서 열분해부 (5) 로 인도된다. 열분해부 (5) 는 예열부 (2) 에 인접하여 또는 접속되어 예열가스 수입부 (3) 를 사이에 두고 형성된다. 이 열분해부 (5) 에서 N2O 의 열분해 온도 이상의 온도에서 N2O 의 열분해가 행해져, 발생한 N2O 의 분해열로 열기류가 형성된다.
형성된 열기류는 가스공급부 (4) 에서 공급되는 분할된 피처리가스의 남은 피처리가스류와 열분해부 (5) 에서 혼합된다. 도 1 에 있어서는, 이 N2O 를 함유하는 가스의 공급부 (4) 의 수가 3 인 경우를 나타내지만, 본 발명에 있어서 특히 바람직한 N2O 를 함유하는 가스의 열분해부 (5) 에 있어서의 공급부의 수 (피처리가스 공급수단) 는 2 ∼ 5 이다.
N2O 를 함유하는 가스공급부 (4) 는, 열분해부 (5) 내의 열기류의 흐름 상태를 조정할 수 있는 가스공급수단을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 가스공급부의 하나 또는 둘 이상이 피처리가스의 흐름 방향과 속도를 조정할 수 있는 1 이상의 노즐로 이루어지도록 하는 것이다. 이러한 수단을 부여함으로써, 흐름 방향과 속도가 적절하게 조정된 피처리가스를 열분해부에 도입하는 것이 가능해져서, 열분해부 내의 열기류의 흐름 상태를 제어할 수 있다.
상기 열기류는 첫번째의 가스공급부 (4) 로부터의 가스와 혼합되고 합류하며, 그 온도가 일시적으로 저하된다. 다음으로 이 합류한 열기류는 N2O 의 열분해가 진행됨에 따라 온도가 상승하여 다시 열기류로 되고, 두번째의 가스공급부(4) 로부터의 피처리가스와 혼합된다. 이하 동일한 방법에 의해 가스공급부 (4) 에서 도입된 피처리가스는 그 중의 N2O 가 순차적으로 열분해되어, 높은 변화율로 열분해된 후, 열분해가스 배출부 (6) 를 거쳐 열분해 반응장치에서 배출된다.
본 발명에 있어서는, N2O 의 열분해 반응을 연쇄반응적으로 안정하게 진행시키는 것이 바람직하고, 이를 위해 열분해부 (5) 내의 가스 흐름을 실질상 밀어내기 흐름 (플러그 플로우) 으로 형성하는 것이 바람직하다. 필요에 따라, 격벽, 저항판, 다공판, 충전물 등의 가스 흐름 조정수단을 열분해부 (5) 에 형성할 수도 있다. 본 발명에 있어서 바람직한 것은, 열분해부 (5) 내의 N2O 를 함유하는 가스공급부 (4) 의 전방 및/또는 후방 위치에 도시하지 않은 다공판 및/또는 다관 노즐을, 가스 흐름이 밀어내기 흐름이 되도록 구비시키는 것이다.
또, 본 발명에 있어서는, N2O 를 함유하는 가스공급수단의 방향으로 유입되는 열기류가 선회류로서 유입되도록 가스 흐름을 조정하는 것이 바람직하다. 열기류를 선회류로 형성하기 위해서는, 격벽, 저항판, 다공판, 충전물 등의 가스 흐름 조정수단을 열분해부 (5) 에 형성할 수도 있다. 열기류를 선회류로 하기 위해서는 가스공급부 (4) 에 피처리가스류의 흐름 방향과 속도를 조정할 수 있는 하나 이상의 노즐로 이루어지는 가스공급수단을 구비시키는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 열분해 장치 출구 (열분해 배출부 (6) 의 출구) 의 기류의 온도를 일정값으로 제어하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 기기의 장시간 계속운전이 가능해진다. 이 출구 온도는 피처리가스의 공급 온도, 피처리가스중의 N2O 농도, 피처리가스 공급속도, 예열부에 공급되는 연료의 양 등에 의해 변화한다. 따라서 열분해 장치 출구의 기류 온도를 일정하게 유지하기 위해서는 이들 인자를 제어할 필요가 있으나, 본 발명에서는, 예열부에 공급되는 연료의 양을 제어함으로써 열분해 장치 출구의 기류 온도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 분해 온도를 보다 안정되게 유지할 수 있다.
본 발명에서는, 피처리가스의 공급 온도를 약 750 ℃ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 또, 열분해 장치에서 유출하는 반응 종료 후의 기체 온도에는 특별히 제한이 없어, 1000 ℃ 정도의 비교적 저온영역에서 1300 ℃ 이하의 중온영역까지의 넓은 온도범위로 제어할 수 있다. 또 필요하다면 1500 ℃ 이상으로 하는 것도 가능하다.
본 발명에 있어서의 N2O 의 접촉분해는, N2O 를 함유하는 기체 중의 N2O 를 촉매를 사용하여 (촉매와 접촉시켜) 발열적으로 분해시켜 N2O 를 N2, O2로 변화시키는 것을 말한다. 본 발명은, N2O 를 접촉분해시켜 지구 온난화를 방지하는 방법 및 그 방지 장치이다. 이 접촉분해법의 경우는 분해 온도가 상기 열분해법에 비해 보다 저온이기 때문에 NO, NO2는 거의 발생하지 않거나, 혹 발생하여도 극히 소량이다.
본 발명에 있어서의 N2O 를 함유하는 가스인 피처리가스는 전술한 바와 같이, N2O 외에 공기, 질소, 산소, 물, 이산화탄소, 일산화탄소, 일산화질소, 이산화질소, 탄화수소류를 포함하고 있어도 하등 문제가 없다. 그러나, 접촉분해법에 있어서는, 피처리가스 중에 포함되는 성분이 온도조건에 의해 촉매를 피독하는 우려가 있는 경우, 혹은 바람직하지 않는 반응이 일어날 가능성이 있는 경우에는, 미리 그 성분을 제거하여 접촉층에 공급하는 것이 바람직하다. 예를 들면, N2O 를 함유하는 가스가 팔라듐 촉매 등의 피독원인이 되는 일산화질소, 이산화질소를 함유하는 경우에는, 미리 이들 성분을 흡수탑에서 산화 흡수 후, 미스트의 수분을 제거한 다음 본 발명의 피처리가스로서 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 있어서의 피처리가스는, N2O 분해설비에 공급하기 전에 미리 함유되는 다른 성분을 제거한 가스나, 다른 가스와 혼합된 가스 등이라도 상관없다.
본 발명은, N2O 분해촉매의 종류에 의해 제약되는 것은 아니다. 그러나, 본 발명의 과제를 달성하기 위해 보다 바람직한 촉매는 구리, 니켈, 철, 코발트, 팔라듐 또는 이들의 금속 산화물 또는 복합 산화물을 함유하는 촉매이다. 촉매는 담체상에 촉매를 유지한 담지 촉매의 형태로 사용하는 것이 바람직하다. 촉매담체로서는 적절한 미세 구멍을 가지며, 열안정성이 높은 것이 선택된다. 본 발명에 있어서 바람직한 촉매담체는 알루미늄, 규소, 티탄, 마그네슘, 지르코늄의 산화물 또는 복합산화물이다. 이들 담체 중, 알루미늄 산화물에서는 α-알루미나, β-알루미나, γ-알루미나가 보다 바람직하다. 실리카·알루미나계의 복합산화물에서는 ZSM5 등의 제올라이트가 보다 바람직하다. 티탄 산화물에서는 아나타아제형 및 루틸형의 산화 티탄이 보다 바람직하다. 지르코니아도 내열성이높아 바람직하다. 또, 상기한 담체의 혼합물로 이루어지는 담체도 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명에 있어서의 촉매의 담지는 공지의 방법에 의해 지장없이, 예를 들면 촉매금속의 수용성염의 수용액을 담체에 함침시킨 후 소성처리하는 방법일 수도 있다.
본 발명에 있어서 보다 바람직하게 이용될 수 있는 촉매계는, 200 ∼ 800 ℃ 의 N2O 접촉분해 온도를 갖는 것으로, 특히 바람직하게는 300 ∼ 700 ℃ 의 접촉분해 온도를 갖는 촉매계이다.
상술한 접촉분해 온도가 보다 높은 온도인 촉매계에 있어서는, 본 발명에 의한 N2O 접촉분해 방법을 적용함으로써, N2O 접촉분해 시에 발생하는 분해열을 보다 고효율로 다음의 N2O 접촉분해에 이용할 수 있다.
본 발명에서는 처리해야할 피처리가스류를 분할한 가스류로 하고, 그 분할한 가스의 일부 즉, 복수의 가스류 중 하나의 가스류를 예열하여 N2O 의 접촉분해 영역에 도입하고, 피처리가스 중의 N2O 를 접촉분해시켜 열기류를 생성시킨다. 이 열기류중에 상기 분할된 남은 피처리가스를 공급한다. 이렇게 함으로써, 그 남은 피처리가스류의 온도를 N2O 촉매에 의한 반응개시온도 이상으로 상승시키고, 촉매층을 통과시킴으로써 피처리가스 중의 N2O 의 접촉분해를 계속시키는 것이다. 촉매층은 N2O 접촉분해영역이 된다.
분할된 남은 피처리가스는 상기 열기류의 흐름 방향의 복수 위치에 공급하는것이 바람직하다. 이 공급된 피처리가스는 상기 복수의 위치에서 상기 열기류와 혼합되고, 그 공급위치의 후방에 위치하는 촉매층과 각각 접촉시킨다. 이렇게 함으로써, 본 발명에 의하면 앞서 공급한 피처리가스 중의 N2O 가 접촉분해되어 발생하는 분해열을 이보다 후방에서 공급한 피처리가스류의 승온에 고도로 순차 이용할 수 있다. 상기 분할 피처리가스류의 공급위치는 2 ∼ 4 개가 특히 바람직하다. 피처리가스류의 분할수가 많아지면 희석가스의 양이 적어도 되기 때문에, N2O 의 분해반응을 소정의 온도로 유지하기 위한 에너지 비용이 저감된다.
본 발명에서는, 상술한 피처리가스류를 분할하여 복수의 도입구에서 접촉분해 장치에 도입한다. 이 때의 피처리가스의 분할비율은 대상으로 하는 피처리가스 중의 N2O 농도, 사용하는 촉매계에 요구되는 N2O 분해 온도 및 사용하는 촉매층의 처리능력을 고려하여 적절히 선택해도 상관없다. 그러나, 피처리가스를 분할 도입하는 것에 의한 효과를 크게 하기 위해서는, 인접하는 촉매층에 있어서 전방의 촉매층에 도입하는 피처리가스량을 Q Nm3/H 로 할 때, 그 후방의 촉매층에는 1.1 ∼ 3.0 Q Nm3/H 가 되도록 분할 도입하는 것이 보다 바람직하고, 특히 바람직하게는 1.2 ∼ 2.7 Q Nm3/H 이다. 마찬가지로, 촉매층의 용량은, 촉매계 및 각 촉매층의 입구, 출구의 온도를 각각 동일하게 한 경우에는, 인접하는 촉매층에 있어서 전방의 촉매층의 용량을 Vm3로 할 경우, 그 후방의 촉매층의 용량은 1.1 ∼ 3.0Vm3이 되도록 분할하는 것이 보다 바람직하고, 특히 바람직한 것은 1.2 ∼ 2.7 Vm3이다.
본 발명에 있어서는 기술한 바와 같이 피처리가스를 분할하여 그 일부를 예열한다. 이 예열방법은 N2O 접촉분해법에 있어서도 특히 제약되는 것은 아니고, 종래 공지의 가스체를 가열하는 방법 중 임의의 것을 사용하여도 지장이 없다. 예를 들면 피처리가스가 흐르는 관을 외부에서 가열하는 관식형 가열 등의 간접가열 방식, 연소가스 중에 피처리가스를 넣어 가열하는 기체 열매체형 가열 방법과 연소 및/또는 피처리가스의 일부를 연소시켜 그 열로 피처리가스를 가열하는 부분 연소형 가열 방법 등의 직접가열 방식, 또한 전기로에 의한 가열 방식, 마이크로파 가열 방식 등 임의의 것이라도 좋다. 또, 수소 등의 가연성 가스를 사용하여 산소 등의 산화성 가스와 반응시키고 그 반응가스를 피처리가스와 혼합하는 예열방식이어도 좋다. 이들 방식 중에서 수소가스를 공기 중의 산소와 귀금속계 촉매에 의해 반응시켜 생성하는 수증기를 예열원으로 사용하는 방법이, 저온에서부터의 예열이 가능하고 예열 온도의 제어범위의 폭이 넓기 때문에 보다 바람직하다.
본 발명의 N2O 접촉분해법에 있어서는 필요에 따라 희석가스를 사용할 수 있다. 이 희석가스는 접촉분해계에 있어서, 특정 개수의 위치로 한정되지 않고 사용할 수 있고, 또 기체류의 온도를 소정 온도로 제어하고 싶은 경우에 사용하면 된다. 따라서, 예를 들면 피처리가스 중의 N2O 농도가 낮고 분해열의 발생에 의한 우려할만한 온도 상승을 고려할 필요가 없는 경우에는 희석가스를 사용하지 않아도 된다. 반대로, 예를 들면 N2O 농도가 높거나, 혹은 사용하는 촉매계의 반응온도가 좁은 특정 온도범위에 한정되는 경우 등에는, 분해 후의 기체류의 온도상승을 억제하거나 또는 기체류의 온도를 특정 온도범위 내로 제어할 필요가 생기기 때문에 희석가스가 바람직하게 사용된다.
본 발명에서 희석가스를 사용하는 경우는, 희석가스의 공급 위치를 피처리가스의 공급위치와 동일하게 하는 것이 보다 바람직하다. 희석가스는 촉매피독물질이나 N2O 분해반응을 저해하는 물질을 포함하지 않는 가스 중에서 선택하면 된다. 본 발명에 있어서 특히 바람직하게 사용되는 희석가스는, 저가로 입수하기 쉽고, 취급이 용이하다는 점에서 공기 및/또는 N2O 를 함유하는 가스 중의 N2O 를 접촉분해시킨 후의 가스이다.
본 발명의 대상이 되는 N2O 의 접촉분해 반응은, 질소와 산소를 발생하고 가스량이 증가하는 불가역적인 반응이기 때문에, 촉매층의 조작압을 높게 하는 편이 가스 처리양을 많게 할 수 있고, 또 설비를 소형화할 수 있다는 점에서 유리하다고 생각되어진다. 그러나, 순수한 N2O 가스는 가압하에서 폭발적으로 반응하는 거동이 있다고 여겨지고 있어, 본 발명자들은 혼합계이면서도 과도한 가압하에서는 N2O 가스가 폭발적으로 분해할 가능성이 있다고 생각하고 있다. 따라서, 본 발명에 있어서 바람직한 촉매층의 조작압력은 대기압에서 0.5 MPa, 보다 바람직하게는 대기압에서 0.3 MPa 이다. 또, 기술한 열분해법의 압력에 대해서도 동일하다.
본 발명은, N2O 를 열분해 또는 접촉분해시키는 어떠한 N2O 분해 방법에 있어서도, N2O 를 함유하는 기체 중의 N2O 농도가 60 용량 % 이하인 가스에 보다 바람직하게 사용된다. 특히 바람직한 피처리가스 중의 N2O 농도는, 2 ∼ 50 용량 % 이다. 피처리가스 중의 N2O 농도가 60 용량 % 를 넘으면 순수한 N2O 가스의 폭발적인 분해거동을 무시할 수 없는 우려가 생긴다.
본 발명에 있어서의 각 촉매층 입구의 가스류 중의 N2O 농도는 본 발명의 목적을 달성할 수 있도록 설정하면 되지만, 2 ∼ 20 용량 % 가 보다 바람직하고, 특히 바람직하게는 5 ∼ 15 용량 % 이다. 촉매층 입구의 가스 중의 N2O 농도를 2 용량 % 미만으로 하면, 접촉분해하여 발생하는 열에 의한 촉매층 출구의 온도상승이 적어지고, 그보다 후방에서 공급한 피처리가스류의 승온에 순차적으로 고도로 이용할 수 없게 될 가능성이 있다. 또, 각 촉매층 입구의 가스 중의 N2O 농도를 20 용량 % 초과로 하면 접촉분해하여 발생하는 열에 의해 촉매층 출구 온도의 상승이 과도하게 되어 촉매의 열열화가 가속되고, 또한 설비가 파괴되기 쉬워지는 우려가 있다.
다음으로, 본 발명에 의한 N2O 를 접촉분해하는 지구 온난화 방지 장치 즉, N2O 접촉분해 장치에 대해 설명한다.
본 발명에 의한 N2O 의 접촉분해장치는 N2O 를 함유하는 기체인 피처리가스를 접촉층에 접촉시켜 N2O 를 접촉분해시키는 장치로서,
(a) 피처리가스, 또는 피처리가스 및 희석가스의 도입부,
(b) 피처리가스, 또는 피처리가스 및 희석가스의 혼합부,
(c) 장치의 길이방향이 상이한 위치에 피처리가스, 또는 피처리가스 및 희석가스의 하나 또는 두개 이상의 공급수단을 구비하는 혼합부,
(d) 촉매층을 갖는 접촉분해부,
(e) 접촉분해한 기체의 배출부,
로 이루어진다.
또, 본 발명에 의한 N2O 의 접촉분해장치는, N2O 를 함유하는 기체 중의 N2O 를 접촉분해하는 장치로서.
(a) 피처리가스, 또는 피처리가스 및 희석가스의 도입부,
(b) 피처리가스, 또는 피처리가스 및 희석가스의 혼합부,
(c) 촉매층을 갖는 접촉분해부,
(d) 접촉분해한 기체의 배출부,
로 이루어지는 장치와,
(e) 이 접촉분해 후의 배출가스와 피처리가스, 또는 피처리가스 및 희석가스의 도입부,
(f) 이 접촉분해 후의 배출가스와 피처리가스, 또는 피처리가스 및 희석가스의 혼합부,
(g) 촉매층을 갖는 접촉분해부,
(h) 접촉분해한 기체의 배출부,
로 이루어지는 장치의 하나 또는 복수로 구성된다.
어느 경우에서도 촉매층은 전술한 N2O 의 분해영역이다.
본 발명에 있어서는, 피처리가스, 또는 피처리가스 및 희석가스를 예열하는 것은 N2O 분해반응을 제어하기 위해 유효한 수단이다. 이 때문에 피처리가스, 또는 피처리가스 및 희석가스의 혼합부는 피처리가스, 또는 피처리가스 및 희석가스를 예열하는 부분을 겸비하고 있는 것이 바람직하다.
도 4, 도 5 에 본 발명에 의한 N2O 의 접촉분해 장치를 설명하기 위한 개념도를 나타낸다.
본 발명에 의한 접촉분해 장치는 도 4 에 나타낸 바와 같이 하나의 분해장치 중에 복수의 촉매층을 가지고 있을 수도 있고, 또 도 5 에 나타낸 바와 같이 독립하는 촉매층을 결합한 분해장치일 수도 있다.
도 4, 도 5 에 있어서, 도면부호 17 은 피처리가스 도입부, 도면부호 18 은 희석가스 도입부, 도면부호 19 는 도입한 가스의 예열부, 도면부호 20 은 예열가스 수입부, 도면부호 21 은 공극부, 도면부호 22 는 접촉분해부, 도면부호 23 은 혼합부, 도면부호 24 는 피처리가스의 공급부, 도면부호 25 는 희석가스 공급부, 도면부호 26 은 접촉분해가스의 배출부, 도면부호 27 은 접촉분해 반응기의 기벽을 나타낸다.
도 4 에 있어서, 피처리가스의 일부와 희석가스가 가스도입부 (17) 및 (18) 를 거쳐 예열부 (19) 에서 N2O 의 촉매에 의한 접촉분해의 반응개시 온도로 균일하게 예열된다. 예열된 N2O 함유가스는, 예열가스 수입부 (20) 에서 접촉분해부 (22) 로 인도된다. 접촉분해부 (22) 는 예열부 (19) 에 인접하여, 또는 접속되어 예열가스 수입부 (20) 를 사이에 두고 형성된다. 이 접촉분해부 (22) 에서 N2O 의 접촉분해가 행해지고, 발생한 N2O 의 분해열로 열기류가 형성된다. 형성된 열기류는 피처리가스 공급부 (24) 로부터 공급되는 분할된 피처리가스의 남은 피처리가스와 희석가스 공급부 (25) 에서 공급되는 희석가스와 혼합부 (23) 에서 혼합되어, 소정의 농도와 온도가 된 다음, 접촉분해부 (22) 에서 N2O 의 접촉분해가 이루어진다. 도 4 에 있어서는, 접촉분해부로의, 이 피처리가스 공급부 (24) 의 수가 2 인 경우를 나타내지만, 본 발명에 있어서 특히 바람직한 N2O 를 함유하는 가스의 접촉분해부 (22) 에 있어서의 공급부의 수는 2 ∼ 4 이다. 마찬가지로, 희석가스 공급부 (25) 로부터 공급되는 희석가스 공급부의 수는 도 4 에서는 2 이지만, 특히 바람직한 희석가스 공급부의 수는 2 ∼ 4 이다.
이하 동일한 방법으로, 피처리가스 공급부 (24) 에서 도입된 피처리가스는 그 중의 N2O 가 순차적으로 촉매에 의해 접촉분해되고, 최종적으로는 접촉분해가스 배출부 (26) 를 거쳐 접촉분해 반응 장치로부터 배출된다.
이상은 도 4 에 기초하여 설명했으나, 도 5 에 나타낸 장치도 실질적으로는 도 4 에 나타내는 장치와 동일하다.
본 발명에 있어서는, N2O 의 촉매에 의한 접촉분해 반응을 안정적으로 진행시키기 위해 혼합부 (23) 전방 및/또는 후방 위치에 도시하지 않은 다공판 및/또는 축류(縮流)부를 혼합 후의 가스류가 균일한 흐름이 되도록 구비시키는 것이 바람직하다. 또, 혼합부 (23) 내에는 저항판, 충전물 등의 가스체의 혼합기능을 가진 구조물을 삽입할 수도 있다. N2O 를 함유하는 가스공급부 (24) 및 희석가스 공급부 (25) 는 반응기 내의 열기류가 선회류가 되도록 하기 위해, 각 공급부가 공급가스의 흐름 방향과 속도를 조정할 수 있는 각각 하나 이상의 노즐로 이루어지는 가스 공급 수단을 가지고 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 가스유량, 가스 온도의 제어방법은 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 각 촉매층에 있어서의 촉매충전량에 의해 각 촉매층으로의 피처리가스 공급량을 나눠 각 촉매층 입구의 가스 중의 N2O 농도 및 가스 온도가 실질상 균등하게 되도록 희석가스 유량 및 희석가스 온도를 조정하는 것이 바람직하고, 이렇게 함으로써 각 촉매층의 입구, 출구 온도를 원하는 상태로 제어할 수 있다.
본 발명에서는, 피처리가스를 분할하여 그 일부를 최초의 접촉분해부에 공급함으로써, 그 다음의 접촉분해부 이후, 즉 2 단째의 접촉분해부 이후는 피처리가스를 반응개시 온도까지 승온하기 위해 필요한 열량의 일부 또는 전부를 그 전의 접촉분해부에서의 고온가스와 혼합함으로써 달성할 수 있기 때문에, 반응계에 필요한피처리가스의 열교환기 사이즈를 보다 작게 억제하는 것이 가능해진다. 또, 본 발명에 의하면, 접촉분해부 전역의 온도제어에 희석가스를, 바람직하게는 피처리가스와의 혼합기체로서 각각의 접촉분해부로 공급함으로써 각 촉매층 온도의 관리를 용이하게 함과 동시에 희석가스의 공급총량을 더욱 저감할 수 있다. 따라서, 또한, 희석가스 송기설비를 작게 할 수 있고, 운전 비용 및 설비투자를 현저하게 저감할 수 있게 된다.
본 발명에서는, 분해반응에 의한 가스류의 보유열의 유효이용이라는 관점에서, N2O 분해반응 장치에서 유출하는 반응 후의 기체는, 일반적인 구조를 갖는 보일러에 도입하고 반응열을 증기로 하여 회수하는 것이 바람직하다. 또, 피처리가스를 보일러에 의해 냉각된 반응종료 후의 가스와 열교환함으로써 가열하여 본 발명의 반응장치에 공급하는 피처리가스를 승온하는 것이 바람직하다.
또, 반응기에서 유출하는 열분해 반응 종료 후의 기체 중에 포함되어 있는 질소산화물 (NO, NO2) 은, 물 및 공기와 접촉시켜 NO, NO2를 질산수용액으로 하여 회수하는 것이 바람직하다. 기술한 바와 같이, 본 발명에 있어서의 N2O 를 함유하는 기체인 피처리가스는, 바람직하게는 질산산화법에 의한 아디프산의 제조 프로세스로부터의 원료가스이지만, 아디프산 플랜트에서 배출된 아산화질소를 본 발명의 방법에 의해 열분해하는 경우는, 이 회수된 질산수용액을 다시 아디프산의 제조에 사용하는 것이 바람직하다. 생성되는 NO, NO2를 재이용할 필요가 없는 경우는, 상기 보일러 또는 열교환기에서 유출하는 배출가스 중의 NO, NO2를 촉매 존재하에 환원처리하는 것이 바람직하다. 환원처리 방법으로는, NO, NO2를 함유하는 배출 가스를, 예를 들면 촉매의 존재하에서 NH3와 반응시키고, NO, NO2를 N2와 H2O 로 변환하는 방법을 들 수 있다. 이렇게 함으로써 열분해 반응 종료 후의 기체를 무공해화하는 것이 가능하다.
이상에서 분명한 바와 같이, 본 발명에 의한 지구 온난화 방지방법 및 그 장치는, N2O 를 함유하는 기체, 특히 질산을 산화제로서 사용하는 화학 프로세스에서 발생하는 N2O 함유기체, N2O 함유 원료가스에 바람직하게 사용할 수 있는 것이다. 특히 아디프산의 제조방법에 바람직하게 사용할 수 있다.
즉, 본 발명은, 지구 온난화 가스인 N2O 의 대기중으로의 방출이 극히 저감된 아디프산의 제조방법으로,
(1) 시클로헥사놀 및/또는 시클로헥사논을 질산 산화하여 아디프산으로 하는 질산 산화 공정,
(2) 질산 산화 공정에서 발생하는 N2O 함유가스에서 HNO3를 회수하는 질산 회수 공정,
(3) HNO3를 회수한 남은 N2O 를 함유하는 피처리가스류를 분할하고, 그 일부를 예열하여, 이 기류 중의 N2O 를 발열적으로 분해시켜 열기류를 이루고, 분할된남은 피처리가스류를 이 열기류 중에 공급하여 N2O 의 분해를 계속시키는 N2O 분해 공정,
(4) N2O 분해 공정에서 배출되는 N2O 분해열을 회수하는 N2O 분해열 회수 공정,
을 포함하는 아디프산의 제조방법에 특히 바람직하다.
실시예
다음에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하나, 본 발명은 다음의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
표 1 의 조성과 유량을 갖는 아디프산 플랜트에서 배출되는 N2O 를 함유하는 피처리가스 (원료가스) 중의 N2O 를 열분해시킨다.
도 2 에 열분해 장치의 개념도를 나타낸다.
열분해 반응로 (열분해부 (8)) 는 내경 450 mm, 길이 4750 mm 의 원통형 내열 벽돌로로서, 그 노벽의 두께는 300 mm 이다. 노의 내부는 대략 동일한 용량의 공극부를 갖는 4 개의 열분해 반응실 (N2O 분해영역) 에 두께 200 mm 의 내열 벽돌제 다공판으로 직렬로 구획된다. 피처리가스 공급단수는 4 이다. 제 1 반응실에는 분할되고 예열된 피처리가스가 유입되고, 제 2, 제 3, 제 4 반응실에는 분할된 남은 피처리가스가 도입된다. 제 2, 제 3, 제 4 반응실에는, 다공판에서 열기류가 각 반응실에 유입되는 직후에 피처리가스의 공급구가 설치된다. 또, 제 2, 제 3, 제 4 의 반응실에는, 이 피처리가스 공급구의 후방으로, 열기류가 유입하는 다공판에서 150 mm 의 위치에 두께 200 mm 높이 300 mm 의 내열 벽돌제 저항판을 설치한다. 열분해부와 동일하게 내화 벽돌로 형성된 예열부는 내경 200 mm 길이 500 mm 의 원통형 공극부를 가지고, 그 단부에 피처리가스 도입구를 가지며, 또 한쪽의 단부는 열분해부에 접속된다. 이 예열부로는, 피처리가스 1 Nm3당 12 kcal 에 해당하는 수소가 1.3 Nm3/hr 로 공기와 함께 도입되어 예열부내에서 연소되고, 예열부에 17.9 Nm3/hr 로 도입되는 피처리가스와 균일하게 혼합된다. 공급하는 피처리가스의 온도를 550 ℃ 로 한다. 제 1 반응실로 예열부에서 도입되는 기체류의 온도는 830 ℃ 이다. 제 2, 제 3, 제 4 반응실로 550 ℃ 의 피처리가스를 각각 34.1 Nm3/hr, 72.6 Nm3/hr, 155.4 Nm3/hr 로 공급한다. 제 2, 제 3, 제 4 반응실의 입구에 있어서의 열기류와 피처리가스와의 혼합 후의 기체류의 온도는 각각 830 ℃ 이고, 노의 내압은 게이지압으로 1.25 kg/cm3가 된다.
열분해로에서 배출되는 기체류의 온도는 1163 ℃ 이고, 공급 피처리가스 중의 N2O 의 99 % 이상이 열분해된다.
(실시예 2)
피처리가스 공급 온도가 300 ℃ 이고, 예열부로 공급하는 수소유량이 7.2Nm3/hr 이고, 예열부, 제 2, 제 3, 제 4 반응실로 공급하는 피처리가스의 유량을 각각 55.7 Nm3/hr, 60.0 Nm3/hr, 72.9 Nm3/hr, 91.4 Nm3/hr 로 하는 것외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로 아디프산 플랜트에서 배출되는 피처리가스 중의 N2O 를 열분해시킨다.
열분해로 내의 압력은 1.25 kg/cm2가 되고, 예열부 내와 제 2, 제 3, 제 4 반응실 입구에 있어서의 혼합 후의 기체류의 온도는 각각 830 ℃ 가 되며, 열분해로에서 배출되는 기체류의 온도는 1027 ℃ 이고, 공급하는 피처리가스 중의 N2O 의 99 % 이상이 열분해된다.
(실시예 3)
피처리가스 공급 온도가 700 ℃ 이고, 예열부로 공급하는 수소유량이 0.1 Nm3/hr 이고, 예열부, 제 2, 제 3, 제 4 반응실로 공급하는 피처리가스의 유량을 각각, 3 Nm3/hr, 12.0 Nm3/hr, 50.6 Nm3/hr, 214.4 Nm3/hr 로 하는 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로 피처리가스 중의 N2O 를 열분해시킨다.
열분해로 내의 압력은 1.25 kg/cm2가 되고, 예열부 내와 제 2, 제 3, 제 4 반응실 입구에 있어서의 혼합 후의 기체류의 온도는 각각 830 ℃ 가 되며, 열분해로에서 배출되는 기체류의 온도는 1263 ℃ 이고, 공급하는 피처리가스 중의 N2O 의99 % 이상이 열분해된다.
(실시예 4)
예열부로 공급하는 수소유량이 1.2 Nm3/hr 이고, 예열부, 제 2, 제 3, 제 4 반응실로 공급하는 피처리가스의 유량을 각각, 19.7 Nm3/hr, 36.1 Nm3/hr, 73.4 Nm3/hr, 150.8 Nm3/hr 로 하는 것 외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로 피처리가스 중의 N2O 를 열분해시킨다.
열분해로 내의 압력은 1.25 kg/cm2가 되고, 예열부 내와 제 2, 제 3, 제 4 반응실 입구에 있어서의 혼합 후의 기체류의 온도는 각각 800 ℃ 가 되며, 열분해로에서 배출되는 기체류의 온도는 1131 ℃ 이고, 공급하는 피처리가스 중의 N2O 의 99 % 이상이 열분해된다.
(실시예 5)
실시예 1 에 있어서의 열분해 반응로를 대략 동일한 용량의 공극부를 갖는 제 1, 제 2, 제 3 반응실에 두께 200 mm 의 내열 벽돌제 다공판으로 직렬로 구분한다. 피처리가스 공급구, 저항판의 위치관계는 실시예 1 과 대략 동일하다. 예열부는 실시예 1 의 예열부와 동일한 용량이다. 예열부로 공급하는 수소유량을 2.9 Nm3/hr 이고, 예열부, 제 2, 제 3 반응실로 공급하는 피처리가스의 유량을 각각, 40.4 Nm3/hr, 76.5 Nm3/hr, 163.1 Nm3/hr 로 한다. 그 밖에는 실시예 1 과동일한 방법으로 피처리가스 중의 N2O 를 열분해시킨다.
열분해로 내의 압력은 1.25 kg/cm2가 되고, 예열부와 제 2, 제 3 반응실 입구에 있어서의 혼합 후의 기체류의 온도는 각각 830 ℃ 가 되며, 열분해로에서 배출되는 기체류의 온도는 1173 ℃ 이고, 공급하는 피처리가스 중의 N2O 의 99 % 이상이 열분해된다.
(실시예 6)
실시예 1 에 있어서의 열분해 반응로를 대략 동일한 용량의 공극부를 갖는 제 1, 제 2 반응실에 두께 200 mm 의 내열 벽돌제 다공판으로 직렬로 구분한다. 피처리가스 공급구, 저항판의 위치관계는 실시예 1 과 대략 동일하다. 예열부는 실시예 1 의 예열부와 동일한 용량이다. 예열부로 공급하는 수소유량을 6.9 Nm3/hr 로 하고, 예열부, 제 2 반응실로 공급하는 피처리가스의 유량을 각각, 96.6 Nm3/hr, 183.4 Nm3/hr 로 한다. 그 밖에는 실시예 1 과 동일한 방법으로 피처리가스 중의 N2O 를 열분해시킨다.
열분해로 내의 압력은 1.25 kg/cm2가 되고, 예열부 내와 제 2 반응실 입구에 있어서의 혼합 후의 기체류의 온도는 각각 830 ℃ 가 되며, 열분해로에서 배출되는 기체류의 온도는 1200 ℃ 이고, 공급하는 피처리가스 중의 N2O 의 99 % 이상이 열분해된다.
(실시예 7)
표 1 의 조성과 유량을 갖는 아디프산 플랜트에서 배출되는 N2O 함유 피처리가스 (원료가스) 중의 N2O 를 열분해시킨다.
도 3 에 열분해 장치의 개념도를 나타낸다.
열분해 반응로 (열분해부) 는 내경 400 mm, 길이 4300 mm 의 원통형 내열 벽돌로로서, 그 노벽의 두께는 300 mm 이다. 노의 내부는 대략 동일한 용량의 공극부를 갖는 4 개의 열분해 반응실 (N2O 분해영역) 에 두께 200 mm 의 내열 벽돌제 다공판으로 직렬로 구획된다. 제 1 반응실에는 분할되고 예열된 피처리가스가 유입되고, 제 2, 제 3, 제 4 반응실에는, 분할된 남은 피처리가스가 도입된다. 제 2, 제 3, 제 4 반응실에는, 다공판에서 열기류가 각 반응실에 유입되는 직후에 피처리가스의 공급구가 설치된다. 이 피처리가스 공급구는 열분해 반응로의 장축에 수직인 평면상에서 2 곳 대향하여 설치되고, 또 피처리가스의 흡출 방향이 당해 장축과 교차하지 않도록 설치되어 있다. 열분해부와 동일하게 내화 벽돌로 형성된 예열부는 내경 200 mm 길이 500 mm 의 원통형 공극부를 가지고, 그 단부에 피처리가스 도입구를 가지며, 또 한쪽의 단부는 열분해부에 접속된다. 이 예열부로 피처리가스 1 Nm3당 13 kcal 에 해당하는 메탄올이 0.0231 kmol/hr 로 공기와 함께 도입되어 예열부내에 있어서 연소되고, 예열부에 17.8 Nm3/hr 로 도입되는 피처리가스와 균일하게 혼합된다. 공급하는 피처리가스의 온도를 550 ℃ 로 한다. 제 1 반응실로의 예열부에서 도입되는 기체류의 온도는 830 ℃ 이다. 제 2, 제 3, 제 4 반응실로 550 ℃ 의 피처리가스를 각각 34.3 Nm3/hr, 72.7 Nm3/hr, 155.2 Nm3/hr 로 공급한다. 제 2, 제 3, 제 4 반응실의 입구에 있어서의 열기류와 피처리가스와의 혼합 후의 기체류의 온도는 각각 830 ℃ 이고, 노 내압은 게이지압으로 1.25 kg/cm2가 된다.
열분해로에서 배출되는 기체류의 온도는 1162 ℃ 이고, 공급 피처리가스 중의 N2O 의 99 % 이상이 열분해된다.
(실시예 8)
실시예 7 에 있어서의 열분해 반응로를 대략 동일한 용량의 공극부를 갖는 제 1, 제 2, 제 3 반응실에 두께 200 mm 의 내열 벽돌제 다공판으로 직렬로 구분한다. 피처리가스 공급구의 위치관계는 실시예 7 과 대략 동일하다. 예열부는 실시예 7 의 예열부와 동일한 용량이다. 예열부로 공급하는 메탄올량을 0.0520 kmol/hr 로 하고, 예열부, 제 2, 제 3 반응실로 공급하는 피처리가스의 유량을 각각, 39.9 Nm3/hr, 77.0 Nm3/hr, 163.1 Nm3/hr 로 한다. 그 밖에는 실시예 7 과 동일한 방법으로 피처리가스 중의 N2O 를 열분해시킨다.
열분해로 내의 압력은 1.25 kg/cm2가 되고, 예열부와 제 2, 제 3 반응실 입구에 있어서의 혼합 후의 기체류의 온도는 각각 830 ℃ 가 되며, 열분해로에서 배출되는 기체류의 온도는 1172 ℃ 이고, 공급하는 피처리가스 중의 N2O 의 99 % 이상이 열분해된다.
이상의 실시예 1 ∼ 8 에 있어서 기술한 N2O 열분해 조건 및 결과를 표 2 에 정리하여 나타낸다.
(비교예 1)
실시예 1 에 있어서의 열분해 반응로에 내열 벽돌 다공판, 저항판을 설치하지 않고, 즉 노 내부를 하나의 반응실로 하여, N2O 함유 피처리가스는 분할하지 않고 예열부에만 전량 공급한다. 예열부로 공급하는 수소량, 피처리가스량 각각을 19.9 Nm3/hr, 280 Nm3/hr 로 한다. 그 밖에는 실시예 1 과 동일한 방법으로 피처리가스 중의 N2O 를 열분해시킨다.
열분해로내의 압력은 게이지압으로 1.25 kg/cm2가 되고, 열분해부 입구에 있어서의 혼합 후 기체류의 온도는 830 ℃ 가 되며, 열분해로 출구에 있어서의 기체류의 온도는 1283 ℃ 가 된다. 피처리가스 중의 N2O 의 99 % 이상이 열분해된다.
상술한 바와 같이 본 비교예 1 에 있어서는, 열분해로 출구에 있어서의 기체류의 온도는 1283 ℃ 이지만, 상기 실시예 2 에서 상당하는 온도는 256 ℃ 나 낮은 1027 ℃ 에 불과하다. 또, 본 비교예 1 에 있어서는, 280 Nm3/hr 의 피처리가스를 열분해시키기 위해 사용되는 수소의 공급량이 19.9 Nm3/hr 이다, 이에 대해, 예를 들면 본 발명의 실시예 3 에 있어서는, 비교예 1 과 동량인 280 Nm3/hr 의 피처리가스를 열분해시키기 위해 사용되는 수소공급량은 불과 0.1 Nm3/hr 에 불과한 것을 알 수 있다. 양자의 피처리가스 중의 N2O 의 열분해율은 모두 99 % 이상이기 때문에, 본 발명에 있어서는, 피처리가스를 분할류로 하여 공급함으로써 열분해로 내에서 N2O 가 분해할 때에 발생하는 열량을 극히 고효율로 이용할 수 있음이 분명하다.
또, 피처리가스를 예열하기 위해서, 연료를 사용하더라도 그 양이 상술한 바와 같이 극히 소량으로 가능하므로, 필요에 따라 N2O 가 열분해하여 생성하는 NO 를 회수하는 경우라도, 생성 NO 의 예열연료에서 생성하는 가스에 의한 희석율이 매우 낮아져 NO 를 고농도로 회수할 수 있는 것이다.
(비교예 2)
열분해로의 예열부로 공급하는 수소량을 2.9 Nm3/hr 로 한 것을 제외하곤 비교예 1 과 동일하게 하고, 피처리가스는 분할하지 않고 피처리가스 중의 N2O 를 열분해시킨다.
열분해로 내의 압력은 게이지압으로 1.25 kg/cm2가 되고, 열분해부 입구에 있어서의 혼합 후의 기체류의 온도는 598 ℃ 가 되며, 열분해로 출구에 있어서의기체류의 온도는 601 ℃ 이고, 공급하는 피처리가스 중의 N2O 는 전혀 열분해되지 않는다.
상술한 바와 같이 본 비교예 2 에 의한 수소공급량은 2.9 Nm3/hr 이지만, 이렇게 소량의 수소로 피처리가스 280 Nm3/hr 중의 N2O 를 열분해시키는 것은 불가능하다. 이에 대해, 기술한 바와 같이, 예를 들면 본 발명의 실시예 1 에 있어서 280 Nm3/hr 의 피처리가스 중의 N2O 를 99 % 이상 열분해시킴에 있어서 불과 1.3 Nm3/hr 의 수소공급량으로 가능하다.
이상의 비교예 1 ∼ 2 에 있어서 기술한 N2O 열분해 조건 및 결과를 표 3 에 정리하여 나타낸다.
(실시예 9)
N2O (15.0 몰%), O2(13.5 몰%), N2(70.2 몰%), CO2(1.1 몰%), NO (0.1 몰%), NO2(0.1 몰%) 의 조성을 갖는 200 ℃ 의 피처리가스를 130.6 m3/H 의 유량으로 하고, 피처리가스 중의 N2O 를 촉매를 사용하여 접촉분해시킨다.
촉매로서 산화구리-알루미나 촉매를 사용한다. 즉, γ-알루미나에 질산구리 용액을 함침한 다음, 120 ℃ 의 열풍으로 6 시간 건조하고, 다음으로 500 ℃ 에서 3 시간 소성처리한 산화구리 담지량이 3.7 %, 표면적 145 m2/g, 충전밀도 758kg/m3인 촉매를 사용한다.
접촉분해 반응기는 내경 2700 mm, 길이 5000 mm 의 원통형 용기이다. 반응기 내부는 열기류의 흐름방향에 대해 즉, 반응기의 길이방향에 대해 5 개의 접촉분해 반응실 (N2O 의 분해영역) 로 나뉘고, 각 반응실의 전후는 다공판으로 나뉘어, 혼합실로 되어 있다. 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 반응실은 각 0.25 m3, 0.14 m3, 0.63 m3, 2.27 m3, 6.61 m3의 촉매로 구성된다.
피처리가스 130.6 Nm3/H 는 5 개의 가스류로 분할된다. 제 1 반응실에는 예열된 피처리가스가 유입되어, 제 1 반응실 출구에서 열기류를 형성한다. 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 반응실 바로 앞의 혼합실에는 분할된 남은 피처리가스가 열기류의 흐름방향에 대해 직각인 2 방향에서 선회류를 형성하도록 각각 도입된다.
반응실 입구의 압력은 0.21 MPa 로 한다. 제 1 반응실로 피처리가스 12.5 Nm3/H 를 반응기 출구 가스와 간접 열교환하여 430 ℃ 로 이루어 공급한다. 제 1 반응실 출구에 있어서의 가스는 N2O 의 분해열에 의해 779 ℃ 의 열가스가 된다. 제 2 반응실 전의 혼합실에는 상기 열가스와 혼합 후 N2O 농도가 6.5 몰% 가 되도록 피처리가스 10.0 Nm3/H 를 공급한다. 혼합 후의 가스 온도는 528 ℃ 가 된다. 제 2 반응실 출구에 있어서는, N2O 의 분해열에 의해 685 ℃ 의 열가스가 된다. 제 3 반응실 전의 혼합실에는 피처리가스 18.1 Nm3/H 를 공급한다. 혼합 후의 N2O 농도는 6.5 몰%, 가스 온도는 473 ℃ 가 된다. 제 3 반응실 출구에 있어서는, N2O 의 분해열에 의해 632 ℃ 의 열가스가 된다. 제 4 반응실 전의 혼합실에는 피처리가스 32.6 Nm3/H 를 공급한다. 혼합 후의 N2O 농도는 6.5 몰%, 가스 온도는 443 ℃ 가 된다. 제 4 반응실 출구에 있어서는, N2O 의 분해열에 의해 603 ℃ 의 열가스가 된다. 제 5 반응실 전의 혼합실에는 피처리가스 57.4 Nm3/H 를 공급한다. 혼합 후의 N2O 농도는 6.5 몰%, 가스 온도는 426 ℃ 가 된다. 배출구에서의 분해가스 온도는 587 ℃ 이고, 공급 피처리가스 중의 N2O 는 99 % 이상 촉매에 의해 접촉분해된다.
본 실시예에 있어서 처리해야할 피처리가스의 총량은 130.6 Nm3/H 이고, 이를 분할 공급함으로써, 130.6 Nm3/H 중 12.5 Nm3/H 만을 반응개시에 필요한 온도인 430 ℃ 로 예열하여 공급하면 되고, 예열에 필요한 열교환기의 열부하는 908 kcal/h 가 되며, 또 분할된 남은 피처리가스는 예열하지 않고 공급할 수 있다. 남은 피처리가스를 예열하지 않고 공급하여도 각 촉매층 입구 온도를 반응개시 온도의 430 ℃ 이상으로 유지할 수 있어 N2O 접촉분해 반응을 계속할 수 있는 것이 본 실시예에 의해 분명해진다.
(실시예 10)
표 4 의 조성과 유량을 갖는 아디프산 플랜트에서 배출되는 피처리가스 중의 N2O 를 촉매를 사용하여 접촉 분해시킨다. 촉매는 실시예 9 에서 사용한 것과 동일한 촉매를 사용한다.
접촉분해 반응기는 내경 2700 mm, 길이 5000 mm 의 원통형 용기이다. 반응기 내부는 열기류의 흐름방향에 대해 2 개의 접촉분해 반응실로 나뉘고, 각 반응실 사이는 전후에 다공판으로 나뉘어, 혼합실로 되어 있다. 제 1, 제 2 반응실은 각 3.90 m3, 6.04 m3의 촉매로 구성된다.
제 1 반응실에는 피처리가스와 희석가스의 혼합가스를 예열한 것이 유입되고, 제 2 반응실 앞에 있는 혼합실에는 분할된 남은 피처리가스와 희석가스가 각각 열기류의 흐름방향에 대해 직각인 방향의 2 곳에서 선회류를 발생하도록 도입된다.
반응실 입구의 압력은 0.21 MPa 로 한다. 제 1 반응실은 30 ℃ 의 피처리가스 114.8 Nm3/H 와 230 ℃ 의 희석가스 406.7 Nm3/H 를 혼합하여 N2O 농도 7.5 몰% 로 하고, 또 반응기 출구 가스와 간접 열교환하여 500 ℃ 로 하여 공급한다.
상기 희석가스는 피처리가스 중의 N2O 를 접촉분해시킨 반응 후의 가스로부터 보일러에서 열 회수하여 얻어지는 가스이다.
제 1 반응실 출구에서의 가스는 N2O 의 분해열에 의해 680 ℃ 의 열가스가 된다. 제 2 반응실 전의 혼합실에는 피처리가스 165.2 Nm3/H 와 희석가스 44.1Nm3/H 를 공급하고, 혼합 후의 N2O 농도를 7.5 몰%, 가스 온도 500 ℃ 로 한다. 배출구에서의 분해가스 온도는 680 ℃ 이고, 공급 피처리가스 중의 N2O 는 99 % 이상 촉매에 의해 접촉분해된다. 희석가스의 총 사용량은 공급 피처리가스에 대해 몰비로 1.61 이 된다.
(실시예 11)
사용하는 촉매는 실시예 9 와 동일하다. 접촉분해 반응기는 내경 2700 mm, 길이 5000 mm 의 원통형 용기이다. 반응기 내부는 열기류의 흐름방향에 대해 3 개의 접촉분해 반응실로 나뉘고, 각 반응실 사이는 다공판으로 구획되어 혼합실로 되어 있다. 제 1, 제 2, 제 3 반응실은 각 2.07 m3, 3.08 m3, 4.70 m3의 촉매로 구성된다.
제 1 반응실에는 피처리가스와 희석가스의 혼합가스를 예열한 것이 유입되고, 제 2, 제 3 반응실 앞의 혼합실에는 분할된 남은 피처리가스와 희석가스가 각각 열기류의 흐름방향에 대해, 즉 반응기의 길이방향에 대해 각각 2 곳에서 유입하여 선회류가 되도록 도입된다.
반응실 입구의 압력은 0.21 MPa 로 한다. 제 1 반응실은 30 ℃ 의 피처리가스 62.0 Nm3/H 와 230 ℃ 의 희석가스 219.2 Nm3/H 를 혼합하여 N2O 농도 7.5 몰% 로 하고, 또 반응기 출구 가스와 간접 열교환하여 500 ℃ 로 하여 공급한다.
상기 희석가스는 피처리가스 중의 N2O 를 접촉분해시킨 반응 후의 가스로부터 보일러에서 열 회수하여 얻어지는 가스이다.
제 1 반응실 출구에서는 N2O 의 분해열에 의해 680 ℃ 의 열가스가 된다. 제 2 반응실 전의 혼합실에는 피처리가스 89.3 Nm3/H 와 희석가스 23.8 Nm3/H 를 공급한다. 혼합 후의 N2O 농도는 7.5 몰%, 가스 온도는 500 ℃ 가 된다. 제 2 반응실 출구에서는 N2O 의 분해열에 의해 680 ℃ 의 열가스가 된다. 제 3 반응실 전의 혼합실에는 피처리가스 128.7 Nm3/H 와 희석가스 34.2 Nm3/H 를 공급한다. 혼합 후의 N2O 농도는 7.5 몰%, 가스 온도는 500 ℃ 가 된다. 배출구에서의 분해가스 온도는 680 ℃ 이고, 공급 피처리가스 중의 N2O 는 99 % 이상 촉매에 의해 접촉분해된다. 희석가스의 총 사용량은 공급 피처리가스에 대해 몰비로 0.99 가 된다.
(실시예 12)
사용하는 촉매는 실시예 9 와 동일하다. 접촉분해 반응기는 내경 2700 mm, 길이 5000 mm 의 원통형 용기이다. 반응기 내부는 열기류의 흐름방향에 대해 4 개의 접촉분해 반응실로 나뉘고, 각 반응실 사이는 다공판으로 구획되어 혼합실로 되어 있다. 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 반응실은 각 1.24 m3, 1.81 m3, 2.69 m3, 4.07 m3의 촉매로 구성된다.
제 1 반응실에는 피처리가스와 희석가스의 혼합가스를 예열한 것이 유입되고, 제 2, 제 3, 제 4 반응실 앞의 혼합실에는 분할된 남은 피처리가스와 희석가스가 열기류의 흐름방향에 대해, 즉 반응기의 길이방향에 대해 직각으로 각각 2 곳에서 유입하여 선회류가 되도록 도입된다.
반응실 입구의 압력은 0.21 MPa 로 한다. 제 1 반응실은 30 ℃ 의 피처리가스 37.4 Nm3/H 와 230 ℃ 의 희석가스 131.6 Nm3/H 를 혼합하여 N2O 농도 7.5 몰% 로 하고, 또 반응기 출구 가스와 간접 열교환하여 500 ℃ 로 하여 공급한다.
상기 희석가스는 피처리가스 중의 N2O 를 접촉분해시킨 반응 후의 가스로부터 보일러에서 열 회수하여 얻어지는 가스이다.
제 1 반응실 출구에서는 N2O 의 분해열에 의해 680 ℃ 의 열가스가 된다. 제 2 반응실 전의 혼합실에는 피처리가스 53.8 Nm3/H 와 희석가스 14.3 Nm3/H 를 공급한다. 혼합 후의 N2O 농도는 7.5 몰%, 가스 온도는 500 ℃ 가 된다. 제 2 반응실 출구에서는 N2O 의 분해열에 의해 680 ℃ 의 열가스가 된다. 제 3 반응실 전의 혼합실에는 피처리가스 77.4 Nm3/H 와 희석가스 20.5 Nm3/H 를 공급한다. 혼합 후의 N2O 농도는 7.5 몰%, 가스 온도는 500 ℃ 가 된다. 제 3 반응실 출구에서는 N2O 의 분해열에 의해 680 ℃ 의 열가스가 된다. 제 4 반응실 전의 혼합실에는 피처리가스 111.4 Nm3/H 와 희석가스 29.6 Nm3/H 를 공급한다. 혼합 후의 N2O 농도는 7.5 몰%, 가스 온도는 500 ℃ 가 된다. 배출구에서의 분해가스 온도는 680 ℃ 이고, 공급 피처리가스 중의 N2O 는 99 % 이상 촉매에 의해 접촉분해된다. 희석가스의 총 사용량은 공급 피처리가스에 대해 몰비로 0.70 이 된다.
(실시예 13)
사용하는 촉매는 실시예 9 와 동일하다. 접촉분해 반응기는 내경 2700 mm, 길이 5000 mm 의 원통형 용기이다. 반응기 내부는 열기류의 흐름방향에 대해 5 개의 접촉분해 반응실로 나뉘고, 각 반응실 사이의 전후는 다공판으로 구획되어 혼합실로 되어 있다. 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 반응실은 각 0.78 m3, 1.14 m3, 1.67 m3, 2.48 m3, 3.73 m3의 촉매로 구성된다.
제 1 반응실에는 피처리가스와 희석가스의 혼합가스를 예열한 것이 유입되고, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 반응실 앞의 혼합실에는 분할된 남은 피처리가스와 희석가스가 열기류의 흐름방향에 대해, 즉 반응기의 길이방향에 대해 직각으로 각각 2 곳에서 유입하여 선회류가 되도록 도입된다.
반응실 입구의 압력은 0.21 MPa 로 한다. 제 1 반응실은 30 ℃ 의 피처리가스 23.7 Nm3/H 와 230 ℃ 의 희석가스 83.8 Nm3/H 를 혼합하여 N2O 농도 7.5 몰% 로 하고, 또 반응기 출구 가스와 간접 열교환하여 500 ℃ 로 하여 공급한다.
상기 희석가스는 피처리가스 중의 N2O 를 접촉분해시킨 반응 후의 가스로부터 보일러에서 열 회수하여 얻어지는 가스이다.
제 1 반응실 출구에서는 N2O 의 분해열에 의해 680 ℃ 의 열가스가 된다. 제 2 반응실 전의 혼합실에는 피처리가스 34.2 Nm3/H 와 희석가스 9.1 Nm3/H 를 공급한다. 혼합 후의 N2O 농도는 7.5 몰%, 가스 온도는 500 ℃ 가 된다. 제 2 반응실 출구에서는 N2O 의 분해열에 의해 680 ℃ 의 열가스가 된다. 제 3 반응실 전의 혼합실에는 피처리가스 49.2 Nm3/H 와 희석가스 13.1 Nm3/H 를 공급한다. 혼합 후의 N2O 농도는 7.5 몰%, 가스 온도는 500 ℃ 가 된다. 제 3 반응실 출구에서는 N2O 의 분해열에 의해 680 ℃ 의 열가스가 된다. 제 4 반응실 전의 혼합실에는 피처리가스 70.9 Nm3/H 와 희석가스 18.9 Nm3/H 를 공급한다. 혼합 후의 N2O 농도는 7.5 몰%, 가스 온도는 500 ℃ 가 된다. 제 4 반응실 출구에서는 N2O 의 분해열에 의해 680 ℃ 의 열가스가 된다. 제 5 반응실 전의 혼합실에는 피처리가스 102.0 Nm3/H 와 희석가스 27.2 Nm3/H 를 공급한다. 혼합 후의 N2O 농도는 7.5 몰%, 가스 온도는 500 ℃ 가 된다. 배출구에서의 분해가스 온도는 680 ℃ 이고, 공급 피처리가스 중의 N2O 는 99 % 이상 촉매에 의해 접촉분해된다. 희석가스의 총 사용량은 공급 피처리가스에 대해 몰비로 0.54 이 된다.
이상의 실시예 10 ∼ 13 에 있어서 기술한 N2O 접촉분해 조건 및 결과를 표 5 에 정리하여 나타낸다.
(비교예 3)
실시예 9 와 동일한 촉매, 피처리가스를 사용한다. 접촉분해 반응기는 내경 2700 mm, 길이 5000 mm 의 하나의 반응실로 이루어지는 원통형 용기이다. 반응실을 2.60 m3의 촉매로 구성한다.
반응실에는 피처리가스를 예열한 것이 유입된다. 반응실 입구의 압력은 0.21 MPa 로 한다. 반응실에는 피처리가스 130.6 Nm3/H 를 반응기 출구 가스와 간접 열교환하여 430 ℃ 로 하여 공급한다. 반응실 출구에서는 N2O 의 분해열에 의해 779 ℃ 의 열가스가 된다. 공급 피처리가스 중의 N2O 는 99 % 이상 촉매에 의해 접촉분해된다. 본 비교예 3 에 있어서는, 피처리가스를 전량 예열할 필요가 있기 때문에, 예열에 필요한 열부하는 9,623 kcal/h 로 되고, 실시예 9 에 대해 11 배의 열량을 열교환할 수 있는 대형 열교환기가 필요해진다.
(비교예 4)
실시예 10 과 동일한 촉매, 피처리가스를 사용한다. 접촉분해 반응기는 내경 2700 mm, 길이 5000 mm 의 하나의 반응실로 이루어지는 원통형 용기이다. 반응실을 10.18 m3의 촉매로 구성한다.
반응실에는 피처리가스와 희석가스의 혼합가스를 예열한 것이 유입된다. 반응실 입구의 압력은 0.21 MPa 로 한다. 제 1 반응실은 30 ℃ 의 피처리가스280.0 Nm3/H 와 230 ℃ 의 희석가스 989.8 Nm3/H 를 혼합하여 N2O 농도 7.5 몰% 로 하고, 또 반응기 출구 가스와 간접 열교환하여 500 ℃ 로 하여 공급한다.
상기 희석가스는 피처리가스 중의 N2O 를 접촉분해시킨 반응 후의 가스로부터 보일러에서 열 회수하여 얻어지는 가스이다.
반응실 출구에서는 N2O 의 분해열에 의해 680 ℃ 의 열가스가 된다. 공급 가스 중의 N2O 는 99 % 이상 촉매에 의해 접촉분해된다. 희석가스의 총 사용량은 공급 피처리가스에 대해 몰비로 3.54 가 된다.
상술한 바와 같이 본 비교예 4 에 있어서는, 280.0 Nm3/H 의 피처리가스를 촉매로 사용하여 접촉분해하기 위해 필요한 희석가스량은 피처리가스의 3.54 배임에 반해, 본 발명의 실시예 13 에 있어서는 불과 0.54 배에 불과하다는 것을 알 수 있다. 또한, 1 단째 입구의 가열을 필요로 하는 가스량이 비교예 4 에 있어서 희석가스와 피처리가스를 합쳐 1269.8 Nm3/H 임에 반해, 실시예 12 에 있어서는 희석가스와 피처리가스를 합쳐 432.1 Nm3/H 로 극히 적다. 양자의 피처리가스 중의 N2O 의 분해율은 99 % 이상이기 때문에, 본 발명에 있어서는, 피처리가스 및 희석가스를 분할류로 공급함으로써, 접촉분해 반응기 내에서 N2O 가 분해될 때에 발생하는 열량을 극히 고효율로 이용할 수 있음이 분명하다.
이상의 비교예 4 에 있어서 기술한 N2O 접촉분해 조건 및 결과를 표 6 에 정리하여 나타낸다.
N2O 를 함유하는 가스 (피처리가스) 의 조성
배출가스 조성 배출가스 유량
N2O 33.9 몰% 94.9 Nm3/H
NO 0.3 몰% 0.8 Nm3/H
NO2 0.4 몰% 1.1 Nm3/H
CO2 2.4 몰% 6.7 Nm3/H
O2 4.2 몰% 11.8 Nm3/H
N2 58.9 몰% 164.9 Nm3/H
합계 100.0 몰% 280.2 Nm3/H
비교예 1, 2 의 반응조건 및 결과
비교예 1 비교예 2
피처리가스 공급단수피처리가스 공급 온도 (℃) 1550 1550
수소사용량 (Nm3/H)수소 (kcal/Nm3)-피처리가스 19.9182 2.9
반응압력 (kg/cm2) 1.25 1.25
피드량 (Nm3/H) 280 280
개시온도 (℃) 830 598
최종실 출구 온도 (℃) 1283 601
반응율 (%) 99 0
압력은 게이지압
N2O 를 함유하는 피처리가스의 조성과 유량
배출가스 조성 배출가스 유량
N2O 34.1 몰% 95.5 Nm3/H
NO 0.1 몰% 0.3 Nm3/H
NO2 0.1 몰% 0.3 Nm3/H
CO2 2.4 몰% 6.7 Nm3/H
O2 4.0 몰% 11.2 Nm3/H
N2 59.3 몰% 166.0 Nm3/H
합계 100.0 몰% 280.0 Nm3/H
비교예 4 반응조건 및 결과
비교예 4
배출가스 피드단수동피드온도 (℃)희석가스 온도 (℃)입구 온도 (℃)출구 온도 (℃)반응기 입(入)압력 (MPa) 1302305006800.21
희석가스 유량 (Nm3/H)Σ희석가스 / Σ피처리가스 (몰비) 989.83.54
촉매층 용적 (m3)N20 반응율 (%) 10.18>99
이상에 있어서 상세하게 설명한 것에서 알 수 있듯이, 본 발명은 저온에서 고효율로 N20 를 분해할 수 있고, 반응계 외부에서의 에너지 공급량이 극히 적은 양으로 가능한, 실용성이 각별히 우수한 지구 온난화 방지 방법 및 그 장치로서, 다음과 같은 현저한 효과를 갖는다.
즉, N20 를 열분해함으로써 지구 온난화를 방지하는 본 발명에 있어서는,
1. 비교적 낮은 온도에서 N20 를 고분해율로 열분해시킬 수 있고, 생성되는 NO, NO2를 고농도로 의존시키고 필요에 따라 NO, NO2를 저렴하게 회수할 수 있으며, 또한 계외로부터의 열 에너지 공급이 극히 적다고 하는, 각별히 우수한 효과를 갖는다.
2. 본 발명은, 반응기 용량이 작고, 프로세스 기기의 재질의 선택이 용이하며, 프로세스 기기로의 열부하가 적고, 피처리가스 온도를 위한 열교환기를 소형으로 할 수 있으며, NO 등을 고농도로 회수할 수 있는, 실용성이 극히 우수한 N20 열분해 장치를 제공할 수 있다.
또, N20 를 접촉분해함으로써 지구 온난화를 방지하는 본 발명은, 다음과 같은 현저한 효과를 갖는다.
1. 본 발명에 의한 N20 분해 방법은 처리해야할 N20 를 함유하는 가스류를 분할하여, 그 일부를 N20 접촉분해 반응이 개시될 수 있는 온도로 예열하고, 분할된 남은 피처리가스는 상기 예열된 피처리가스의 온도보다 낮은 온도에서 N20 접촉분해 층으로 공급하기 때문에, 피처리가스 전량을 예열하여 공급하는 경우에 비해 예열에 필요한 공급열량을 현저하게 저감할 수 있다.
2. 그 때문에, 예열에 필요하다고 여겨지는, 예를 들면 열교환기 등의 예열설비를 현저하게 소형으로 할 수 있고, 또는 외부에서 공급되는 연료에 의한 연소예열의 경우에는 이 연료 사용량을 현저하게 저감할 수 있다.
3. 또한, 본 발명에 있어서는, 피처리가스와 희석가스를 혼합하여 촉매층으로 공급할 수도 있기 때문에, 이 경우도 상기 피처리가스의 분할공급에 의한 상기 효과에 의해, 사용하는 희석가스 공급량을 현저하게 저감할 수가 있다.
4. 본 발명은 복수의 촉매층을 사용하는 N20 접촉분해 방법이기 때문에, 상기 피처리가스 분할공급에 의해, 전방의 촉매층에서 N20 가 접촉 분해하여 발생하는다량의 열량을 그 길이 후방에 위치하는 촉매층에 공급하는 피처리가스에 부여하는 것이 가능하다. 즉, N20 의 접촉분해에 의해 발생하는 다량의 열량을 순차 분할하여 공급되는 피처리가스류의 온도상승에 각각 매우 유효하게 이용할 수 있다.
5. 그 때문에 또, 각 촉매층으로 공급하는 가스의 온도 및 각 접촉분해층 내의 온도를 원하는 촉매계에 최적인 온도로 용이하게 제어할 수 있다.
6. 본 발명에 의한 N20 의 접촉분해 장치는, 상기 효과를 갖는 N20 접촉분해 방법을 실시가능하게 하는 장치이기 때문에 장치 전체를 피처리가스 당 규모를 소규모로 형성할 수 있고, 따라서 총 설비경비가 저렴하고, 외부에서의 원료값, 열 에너지의 공급을 현저하게 저감할 수 있다.
7. 또, 접촉분해층의 온도제어를 극히 용이하게 할 수 있고, N20 분해열에 의한 촉매층 및 그 근방의 급격한 온도상승을 확실하게 방지할 수 있는 장치이다.
8. 이 때문에, 본 발명에 의한 N20 접촉분해 장치는 운전조작이 용이할 뿐만 아니라, 장치의 내구성도 우수하여, 실용성이 극히 우수하다.
9. 본 발명에 의한 아디프산 제조 프로세스는, N20 의 대기중으로의 방출이 극히 적고, 상술한 바와 같은 실용성이 극히 우수한 N20 분해기술로 구성되기 때문에, 지구 온난화 방지에 크게 기여할 수 있을 뿐 아니라, 저렴한 설비비로 저가에 운전할 수 있다.

Claims (11)

  1. N2O 를 함유하는 피처리가스 중의 N2O 를 열분해하여 지구 온난화를 방지하는 방법으로서, N2O 를 함유하는 피처리가스류를 분할하고 그 일부를 예열하여, 이 기류 중의 N2O 를 발열적으로 촉매를 사용하지 않고 열분해시켜 열기류로 하고, 분할된 남은 피처리가스류를 이 열기류 중에 공급하여 N2O 의 분해를 계속시키는 것을 특징으로 하는 지구 온난화 방지 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 분할된 남은 피처리가스를 이 열기류의 흐름 방향의 복수 위치로 공급하는 것을 특징으로 하는 지구 온난화 방지 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 피처리가스 중의 N2O 의 분해를 실질상 밀어내기 흐름 상태로 행하는 것을 특징으로 하는 지구 온난화 방지 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 예열을, 연료의 산화 발열 반응을 사용한 직접가열 방식으로 행하는 것을 특징으로 하는 지구 온난화 방지 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 연료가 수소 또는 메탄올인 것을 특징으로 하는 지구 온난화 방지 방법.
  6. N2O 를 함유하는 기체 중의 N2O 를 열분해함으로써 지구 온난화를 방지하는 장치로서,
    (a) N2O 를 함유하는 피처리가스로부터 분할된 일부의 피처리가스의 도입부,
    (b) 이 도입한 피처리가스의 예열부,
    (c) 예열부에 인접하고, 기류의 흐름 방향의 1개 또는 2개 이상의 위치에 분할된 남은 피처리가스의 공급수단을 구비하는 열분해부,
    (d) 열분해한 기체의 배출부
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지구 온난화 방지 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 예열부가 연료연소 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지구 온난화 방지 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 연료연소 수단으로의 연료공급량의 증감에 의해, 배출부 출구의 기류 온도를 일정 온도로 제어하는 것을 특징으로 하는 지구 온난화 방지 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 열분해부가 적어도 하나의 피처리가스의 공급수단의 전방과 후방 위치의 어느 일방의 위치 또는 양방의 위치에 다공판과 다관 노즐의 어느 일방 또는 양방을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지구 온난화 방지 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 피처리가스의 공급수단 중의 어느 방향으로 유입되는 기류가, 선회류로서 유입되도록 다공판, 다관 노즐 및 피처리가스 공급구 중의 어느 하나 또는 둘 이상이 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 지구 온난화 방지 장치.
  11. 지구 온난화 가스인 N2O 의 대기중으로의 방출이 저감된 아디프산의 제조방법으로서,
    (1) 시클로헥사놀과 시클로헥사논의 어느 일방 또는 양방을 질산 산화하여 아디프산을 형성하는 질산 산화 공정,
    (2) 질산 산화 공정에서 발생하는 N2O 함유가스에서 HNO3를 회수하는 질산 회수 공정,
    (3) HN03를 회수한 남은 N2O 를 함유하는 피처리가스류를 분할하고, 그 일부를 예열하여, 이 기류 중의 N2O 를 발열적으로 분해시켜 열기류를 이루며, 분할된 남은 피처리가스류를 이 열기류 중에 공급하여 N2O 의 분해를 계속시키는 N2O 분해공정,
    (4) N2O 분해 공정에서 배출되는 N2O 분해열을 회수하는 N2O 분해열 회수 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 아디프산의 제조방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100974306B1 (ko) * 2009-09-14 2010-08-06 이엔이건설주식회사 교량용 거더가 매달려 설치되는 지점부 구조물을 이용한 교량시공방법
KR20190050181A (ko) * 2017-11-02 2019-05-10 최상철 유기성 폐가스 열 분해 장치

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19902109A1 (de) * 1999-01-20 2000-07-27 Basf Ag Verfahren zur thermischen N¶2¶O-Zersetzung
DE10006103A1 (de) * 2000-02-11 2001-08-16 Krupp Uhde Gmbh Katalysator zum Abbau von N¶2¶O, dessen Verwendung bei der Salpetersäureproduktion sowie Verfahren zu seiner Herstellung
WO2001074475A1 (de) * 2000-04-03 2001-10-11 Basf Aktiengesellschaft Katalysatorsystem zur zersetzung von n2o
DE60210204T2 (de) * 2002-10-25 2007-01-18 Radici Chimica Spa Verfahren zur katalytischen Zersetzung von Distickstoffmonoxid (N2O)
DE60309010T2 (de) * 2003-06-18 2007-04-05 Radici Chimica Spa Katalytischen Zersetzung von Distickstoffmonoxid (N2O)
US20100322834A1 (en) * 2006-04-13 2010-12-23 Takehiko Ito Method of and Apparatus for Treating Gas Containing Nitrous Oxide
FR2913610A1 (fr) 2007-03-16 2008-09-19 Air Liquide Procede pour eliminer le n2o d'un flux gazeux
DE102009000075A1 (de) 2009-01-08 2010-07-15 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Gewinnung von Distickstoffoxid
JP2011095229A (ja) * 2009-11-02 2011-05-12 Horiba Ltd 希釈用空気精製装置
CN103124689B (zh) 2010-09-22 2016-03-16 皇家飞利浦电子股份有限公司 产生氧气和一氧化氮的方法和设备
CN103140438B (zh) * 2010-09-22 2016-06-29 皇家飞利浦电子股份有限公司 产生一氧化氮的方法
CN102476049B (zh) * 2010-11-29 2014-05-07 中国科学院大连化学物理研究所 一种y型-铁酸盐催化剂氧化亚氮分解过程中的应用
WO2013124997A1 (ja) 2012-02-23 2013-08-29 昭和電工株式会社 発電装置、発電方法、分解ガスボイラー及び分解ガスタービン
US9491911B2 (en) 2014-02-19 2016-11-15 Dennis Jason Stelmack Method for modifying environmental conditions with ring comprised of magnetic material
WO2019112992A1 (en) * 2017-12-05 2019-06-13 Ascend Performance Materials Operations Llc Process for preparation of nitrogen oxides and nitric acid from nitrous oxide
FR3096583B1 (fr) 2019-05-27 2021-05-28 Air Liquide Dispositif de décomposition du N2O présent dans le gaz expiré par un patient
WO2021245821A1 (ja) * 2020-06-03 2021-12-09 合同会社パッチドコニックス 亜酸化窒素の自己分解を利用した推進システムとその方法
EP4277888A1 (en) * 2021-01-13 2023-11-22 Basf Se A process for decomposing nitrous oxide from a gas stream
CN113477049A (zh) * 2021-07-05 2021-10-08 北京华普蓝天环境科技有限公司 一种低温n2o分级混合分解净化系统及方法
CN115253671A (zh) * 2022-08-13 2022-11-01 嘉兴复翼环保科技有限公司 一种利用可助力no2生成的添加剂来实现scr高效脱硝的方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3467492A (en) * 1964-11-06 1969-09-16 Chemical Construction Corp Elimination of nitrogen oxides from gas streams
JPS4914378A (ko) * 1972-05-22 1974-02-07
JPS5064159A (ko) * 1973-10-09 1975-05-31
JPS61257940A (ja) * 1985-05-13 1986-11-15 Asahi Chem Ind Co Ltd ジカルボン酸の製造法
JPH01257940A (ja) 1988-04-08 1989-10-16 Minolta Camera Co Ltd 投影装置における拡大倍率設定装置
DE4003833A1 (de) * 1990-01-08 1991-07-11 Grs Ges Fuer Reaktorsicherheit Vorrichtung zur entfernung von wasserstoff aus einem wasserstoff, sauerstoff, dampf und aerosole enthaltenden gasgemisch
JPH054027A (ja) 1991-06-28 1993-01-14 Asahi Chem Ind Co Ltd 排一酸化二窒素ガスの処理方法
FR2687138A1 (fr) * 1992-02-07 1993-08-13 Hoechst France Procede d'oxydation thermochimique de l'oxyde de diazote.
US5200162A (en) * 1992-04-01 1993-04-06 Uop Process for N2 O decomposition
JPH06277453A (ja) 1993-03-30 1994-10-04 Uop Inc 酸化二窒素を含んだガス流内でのコントロールされた酸化二窒素分解のためのプロセス
CA2137310C (en) * 1993-12-20 2004-02-17 John C. Jubin Jr. Catalytic converter and method for highly exothermic reactions
US5472680A (en) * 1994-01-26 1995-12-05 E. I. Du Pont De Nemours And Company Production of NO from N2 O

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100974306B1 (ko) * 2009-09-14 2010-08-06 이엔이건설주식회사 교량용 거더가 매달려 설치되는 지점부 구조물을 이용한 교량시공방법
KR20190050181A (ko) * 2017-11-02 2019-05-10 최상철 유기성 폐가스 열 분해 장치

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