KR20040049847A - 염산과 암모니아를 함유하는 연료 가스 정제 방법 - Google Patents

염산과 암모니아를 함유하는 연료 가스 정제 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 염산과 암모니아를 함유하는 연소 가스를 정제하는 방법으로서, 염산의 함량이 9 내지 16 중량%, 바람직하게는 12 내지 15 중량%인 염산 농축 용액으로 채워져 있는 흡수기에 연소 가스를 투입시키는 단계; 상기 연소 가스 투입량의 6 내지 15 중량% 를 차지하는 양 만큼의 물을 상기 흡수기에 공급하여, 상기 흡수기 내에서 상기 공급된 물이 적어도 부분적으로 증발되도록 하는 단계; 상기 흡수기에서 빠져나오는 액체의 적어도 99 % 를 상기 흡수기의 입구로 되돌려 보내는 단계; 및 상기 흡수기의 배출물이, 상기 흡수기로 투입되는 염산의 1 내지 5 중량% 범위의 부분과, 상기 흡수기로 투입되는 암모니아의 80 중량% 를 초과하는, 바람직하게는 90 중량% 를 초과하는 부분을 함유하도록, 상기 흡수기의 배출물을 조절하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

Description

염산과 암모니아를 함유하는 연료 가스 정제 방법 {Method for purifying fuel gas containing hydrochloric acid and ammonia}
연소가스는, 예를 들면, 가정(household), 산업(industry) 또는 병원(hospital) 폐기물의 연소로부터 발생하는 것으로서, 종종 염산을 함유하며, 암모니아를 함유할 수도 있는데, 이들은 본래부터 함유되거나, 또는, 처리와 관련하여, 연소 과정에서 또는 연소 후에, 암모니아 또는 암모니아를 발생시킬 수 있는 유도체가 사용되기 때문에 함유될 수 있다.
그러한 잔류 암모니아는, 그 농도가 100 mg/Nm3까지 도달할 수 있는데, 일반적으로 문제를 일으키며, 특히, 습식 스크러버 (wet scrubbers)를 사용하는 경우에 더욱 문제를 일으킨다. 암모니아는 물에 대한 용해도가 높은 가스이며, 이러한 암모니아 전체는 스크러버에 의하여 포획될 수 있으며, 그리하여, 대개 암모늄 이온의 형태로 이러한 암모니아를 함유하는 배출물(purge)이 형성된다.
이러한 무기 질소 (mineral nitrogen)는, 배출될 수 있기에는 너무 높은 농도로 존재하며, 그것의 존재는 물의 처리를 복잡하게 만들고, 이는 습식 스크러버를 채용하는 해결책을 경제적으로 불리하게 만든다.
암모니아가 배출물의 방출에 대하여 부과되는 한계를 종종 초과하는 농도로 존재하면, 방출 전에 이러한 암모니아를 회수하거나 분해시켜야 될 필요성이 발생한다.
몇가지 해결책이 가능하다. 예를 들면, 생물학적 질소화-탈질소화 처리 (biological nitrification-denitrification treatment)가 실행될 수 있다. 그러나, 이 방법은 복잡하며, 배출물의 조성이 급격하게 변하는 경우에는 적합하지 않다.
소다(soda) 또는 석회(lime)와 같은 알칼리성 물질을 첨가하여 pH를 상승시킨 후에, 탈착(desorption) 또는 스트리핑(stripping)을 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 이러한 방법 역시 복잡하고, 예를 들면, 염(salts)의 기생침전(parasitic precipitation)과 같은 수많은 추가적인 난점을 발생시키며, 이러한 난점은 반드시 해결되어야 한다. 게다가, 이러한 배출물의 완전한 중화(neutralization)는, 스트리핑 전에 필요한데, 많은 양의 알칼리성 물질의 사용을 필요로 한다. 그 이유는, pH를 상승시키기 전에, 먼저 모든 산성 물질이 중화되어야 하기 때문이다.
본 발명은, 염산과 암모니아를 함유하는 연소가스(combustion gas)를 정제하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 하나의 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 방법을 실행하기 위한 장치 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 목적은 이러한 결점들을 극복하는 데 있다.
이를 위하여, 본 발명은 염산과 암모니아를 함유하는 연소 가스를 정제하는 방법으로서,
- 염산의 함량이 9 내지 16 중량%, 바람직하게는 12 내지 15 중량%인 염산 농축 용액으로 채워져 있는 흡수기(absorber)에 연소 가스를 투입시키는 단계;
- 상기 연소 가스 투입량의 6 내지 15 중량% 를 차지하는 양 만큼의 물을 상기 흡수기에 공급하여, 상기 흡수기 내에서 상기 공급된 물이 적어도 부분적으로 증발되도록 하는 단계;
- 상기 흡수기의 출구에서 빠져나오는 액체의 적어도 99 % 를 상기 흡수기의 입구로 되돌려 보내는 단계; 및
- 상기 흡수기의 배출물이, 상기 흡수기로 투입되는 염산의 1 내지 5 중량% 범위의 부분과, 상기 흡수기로 투입되는 암모니아의 80 중량% 를 초과하는, 바람직하게는 90 중량% 를 초과하는 부분을 함유하도록, 상기 흡수기의 배출물을 조절하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면,
- 상기 흡수기는 낙하필름(falling film) 방식, 상승필름(climbing film) 방식, 분무(atomization) 방식 또는 패킹(packing) 방식이다.
- 탈착, 또는 스트리핑, 유닛(unit)에, 상기 흡수기의 배출물이, 알칼리의 희석 및 첨가 후에, 공급되며, 회수된 암모니아는 퍼니스(furnace)로 보내진다.
- 이온교환유닛에, 상기 흡수기의 배출물이, 알칼리의 희석 및 첨가 후에, 공급되며, 회수된 암모니아는 퍼니스(furnace)로 보낸다.
- 상기 흡수기의 배출물을 곧바로 퍼니스로 보내서, 소각한다.
가스(102)는, 퍼니스(1)에서 수행되는 연소로부터 발생한 것으로서, 건조 가스 (dry gas)의 1 Nm3당 400 내지 6000 mg 에 해당하는 농도의 염산(HCl)과, 건조 가스의 1 Nm3당 2 내지 100 mg, 바람직하게는 10 내지 50 mg 에 해당하는 농도의 암모니아를 함유하고 있다.
이 가스는 흡수유닛(absorption unit), 또는 흡수기(2)로 공급되며, 거기에서 이 가스는 흡수액(absorption liquid)(105)와 접촉하게 되는데, 이 흡수액은 두가지의 기능을 한다. 그 하나의 기능은 상기 가스의 온도를 50 내지 75 ℃ 범위의 값으로 낮추는 것이며, 다른 하나의 기능은 염산의 5 % 를 초과하지 않는 작은 부분과, 암모니아의 적어도 80 % 에 해당하는 부분을 포획하는 것이다. 이러한 부분들은, 도관(102)를 통하여 상기 흡수기에 투입되는 가스에 존재하는 염산과 암모니아의 질량 백분율에 해당한다.
상기 정제되지 않은 가스는 높은 함량의 염산을 함유하고 있으며, 암모니아의 일부는 암모늄 클로라이드 (ammonium chloride)의 형태로 존재할 수 있다. 본 명세서에서, 암모니아(ammonia : NH3)와 암모늄 클로라이드 (NH4Cl)로 구성된 조합물도 암모니아(ammonia)라고 불리운다.
너무 많은 염산을 포획하지 않고, 암모니아의 이러한 선택적 포획이 가능하도록 하기 위해서는, 흐름(104)가 적어도 9 중량%, 바람직하게는 적어도 12 중량%의 염산 농도를 갖도록, 유닛(2)를 빠져나오는 액체의 99 % 이상이 재순환되어야 한다.
농축된 산(104)의 유량의 1 % 미만을 차지하는 매우 작은 부분(106)이 공정 밖으로 배출되며, 다른 부분(105)는 흡수기(2)로 재순환된다. 주목해야 할 점은, 유닛(2)가 세척기(washer)의 기능 뿐만아니라 켄칭(quenching)의 기능을 겸하고 있다는 것이다.
이러한 유닛(2)는, 예를 들면, 하강필름 방식의 흡수기 (absorber with falling film), 상승필름 방식의 흡수기 (absorber with climbing film), 충진컬럼(packed column), 분무기(atomizer)를 구비한 쉬쓰(sheath), 또는, 흡수기 기능과 켄칭 기능을 겸할 수 있는 임의의 기타 장치일 수 있다. 배출물(106)은 공정으로부터 연속적으로, 또는 준-연속적으로(semi-continuously) 배출될 수 있다.
켄칭 과정에서 물이 소모되기 때문에, 흡수기(2)에 의한 증발량을 보상하도록 하기 위하여, 물 공급 도관(103)이 유닛(3)에 연결되어 있다. 물 공급 도관(103)을 통한 물의 공급량은, 도관(102)를 통하여 공급되는 가스의 6 내지 15 질량% 에 해당하는 양이다. 그것은, 가스에 이미 존재하는 습도와 가스의 온도에 의존한다. 전형적인 측정치를 표 1에 나타내었다. 그러나, 표 1의 측정치는 단지 비제한적인 예에 불과하다.
흐름 102 107 103 106
온도 210 ℃ 70 ℃ 20 ℃ 70 ℃
총 유량 82,328 kg/hr 87,700 kg/hr 5,350 kg/hr 22 kg/hr
물의 유량 8,090 kg/hr 13,420 kg/hr 5,350 kg/hr 16.9 kg/hr
NH3(NH3로 환산된 양) 2.4 kg/hr 0.12 kg/hr 미량 2.28 kg/hr
HCl 75 kg/hr 72.2 kg/hr 미량 2.8 kg/hr
배출물(106)의 유량을 조절하여, 염산의 농도를 9 중량% 이상으로 유지하도록 하는 한편, 배출물(106)에 존재하는 양을, 가스(102)에 존재하는 산의 양의 5 % 이하로 제한한다.
가스(107)은, 대부분의 암모니아가 정제된 상태인데, 하나 이상의 스크러버(3)으로 공급된다. 이러한 스크러버에 의하여 정제된 가스(108)은, 굴뚝(4)를 통하여, 대기중으로 배출된다. 배출물(109)는, 스크러버에 의하여 생성된 것으로서, 물 처리 장치로 보내지거나 증발된다.
염산의 5 % 이하를 포획하도록 유닛(2)를 운전하므로써, 배출물(109)이 항상 상기 염화물의 대부분을 함유하도록 하고, 대개 암모니아 또는 암모늄 이온의 형태로 존재하는 무기 질소는 실질적으로 함유하지 않도록 하는 것이 가능해진다. 그리하여, 배출물(109)를 처리하는 방법은, 예를 들면 물 처리일 수도 있는데, 이러한 무기 질소의 현저한 감소로 인하여, 매우 촉진된다.
흐름(106)은, 유닛(2)에 의하여 암모늄 클로라이드의 형태로 포획된 암모니아를 함유한다. 선택적으로 (도 1에 나타나 있지는 않지만), 배출물(106)에 함유되어 있는 이러한 암모니아는, 소다 또는 석회와 같은 알칼리의 희석 및 첨가 후에, 예를 들면, 탈착 또는 스트리핑에 의하여 회수되거나, 또는, 알칼리의 희석 및 첨가 후에 이온교환에 의하여 회수되어서, 다시 퍼니스(1)로 돌려보내질 수 있다. 이렇게 하므로써, 퍼니스로 공급되는 새로운 시약의 양을 현저하게 감소시킬 수 있기 때문에, 시스템의 경제성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한 선택적으로 (도 1에 나타나 있지는 않지만), 흐름(106)이 퍼니스로 돌려보내져서, 퍼니스에서 소각되는 다른 폐기물과 함께 소각될 수도 있다.

Claims (5)

  1. 염산과 암모니아를 함유하는 연소 가스를 정제하는 방법으로서,
    - 염산의 함량이 9 내지 16 중량%, 바람직하게는 12 내지 15 중량%인 염산 농축 용액으로 채워져 있는 흡수기에 연소 가스를 투입시키는 단계;
    - 상기 연소 가스 투입량의 6 내지 15 중량% 를 차지하는 양 만큼의 물을 상기 흡수기에 공급하여, 상기 흡수기 내에서 상기 공급된 물이 적어도 부분적으로 증발되도록 하는 단계;
    - 상기 흡수기에서 빠져나오는 액체의 적어도 99 % 를 상기 흡수기의 입구로 되돌려 보내는 단계; 및
    - 상기 흡수기의 배출물이, 상기 흡수기로 투입되는 염산의 1 내지 5 중량% 범위의 부분과, 상기 흡수기로 투입되는 암모니아의 80 중량% 를 초과하는, 바람직하게는 90 중량% 를 초과하는 부분을 함유하도록, 상기 흡수기의 배출물을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 흡수기가 낙하필름 방식, 상승필름 방식, 분무 방식 또는 패킹 방식인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 탈착 또는 스트리핑 유닛에, 상기 흡수기의 배출물이, 알칼리의 희석 및 첨가 후에, 공급되며, 거기에서 회수된 암모니아는 퍼니스로 보내지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 이온교환유닛에, 상기 흡수기의 배출물이, 알칼리의 희석 및 첨가 후에, 공급되며, 거기에서 회수된 암모니아는 퍼니스로 보내지는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 흡수기의 배출물이, 소각되기 위하여, 곧바로 퍼니스로 보내어지는 것을 특징으로 하는 방법.
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