KR20140036145A

KR20140036145A - 산세 용액으로부터 질산을 회수하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20140036145A
Application number: KR1020137020613A
Authority: KR
Inventors: 제임스 에이. 무어
Original assignee: 에이티아이 프로퍼티즈, 인코퍼레이티드
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2014-03-25
Also published as: JP2016029007A; US20120207664A1; US8795620B2; US20140322089A1; SA114350715B1; CA2826559A1; MX2013009057A; EP2675551A1; SA112330273B1; RU2013142126A; AR085239A1; AU2012218130A1; JP2014511329A; JP5795810B2; IL227846A0; BR112013020644A2; WO2012112282A1

Abstract

산 세정 용액으로부터 질산을 회수하기 위한 방법의 구체예는 유리 질산을 포함하는 산세 용액에 적어도 하나의 화학물질을 포함하는 처리 물질을 투입하는 단계를 포함한다. 상기 처리 물질은 산세 용액 내 적어도 일부의 유리 질산과 반응하고 NO_x를 생성한다. 적어도 일부의 NO_x를 포함하는 기체 스트림은 오존과 접촉하고, 이를 통해 삼이산화질소(nitrogen sesquioxide) 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물을 형성한다. 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소는 물과 접촉하여, 이를 통해 질산을 형성하고, 적어도 일부의 질산이 수집된다.

Description

산세 용액으로부터 질산을 회수하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR RECOVERING NITRIC ACID FROM PICKLING SOLUTIONS}

기술분야

본 개시는 질산을 포함하는 수성 산세 용액으로부터 유리 질산을 회수하기 위한 시스템 및 방법에 대한 것이다.

배경

많은 제조 처리 및 연소 공정은 기체 질소 산화물(NO_x) 및 다른 바람직하지 않은 기체 생성물을 포함하는 기체를 발생시킨다. 예를 들면, 질산을 포함하는 강한 산성 용액의 욕(bath)에 일정 기간 동안 합금을 침지시키는 단계를 전형적으로 수반하는, 스테인리스 강 및 다른 합금을 산 세정하기 위한 공정은 욕 위에 NO_x를 포함하는 기체를 발생시킨다. 미연방 및 지방 환경법은 대기로 방출되는 NO_x의 함량을 제한할 수 있다. 지난 몇십 년 동안, 제조회사들은 대기로 방출되는 NO_x의 양을 줄이기 위해 상당한 노력을 기울였다.

기체 스트림으로부터 NO_x를 제거하는 공지된 한 가지 방법은 기체 스트림을 오존과 접촉시켜 이를 통해 기체 스트림 내의 NO_x를 산화시켜서 삼이산화질소(nitrogen sesquioxide) 및 오산화질소와 같은 산화 생성물을 형성하는 단계를 포함한다. 오존 처리에 의해 생성된 산화 생성물은 수성 세정기(scrubber)를 이용하여 수집될 수 있고, 예를 들면, 온-사이트(on-site)로 저장되고, 액체 폐 스트림으로서 배출된다. 액체 폐기 물질을 배출하는 단계는 제3의 폐기물 수집 및 처분 서비스를 필요로 할 수 있다.

감소된 양의 폐기물을 야기하며, 합금 산세 공정 또는 다른 제조 처리 또는 연소 공정에서 발생되는 기체로부터 NO_x를 제거하기 위한 대안적인 방법을 제공하는 것이 유익할 것이다. 더욱 일반적으로는, 감소된 양의 폐기물을 야기하며, 임의의 공정에서 발생하는 기체 스트림으로부터 NO_x를 제거하기 위한 방법을 제공하는 것이 유익할 것이다.

요약

본 개시에 따른 한 양태는 NO_x를 포함하는 기체 스트림을 처리하기 위한 방법에 대한 것이다. 이러한 방법은 NO_x를 포함하는 기체 스트림을 오존과 접촉시켜 이를 통해 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물을 형성하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 또한 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소를 물과 반응시켜 이를 통해 질산을 형성하는 단계, 및 적어도 일부의 질산을 회수하는 단계를 포함한다.

본 개시에 따른 추가적인 양태는 NO_x를 포함하는 기체 스트림을 처리하기 위한 방법에 대한 것으로서, 기체 스트림은 질산을 포함하는 산성 용액과 합금을 접촉시키는 단계를 포함하는, 합금을 산세하기 위한 공정에서 생성된다. 예를 들면, 이러한 산세 공정은 산성 용액에 합금을 침지시키거나 합금에 산성 용액을 분사하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 방법은 NO_x를 포함하는 기체 스트림을 오존과 접촉시켜서 이를 통해 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물을 형성하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 또한 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소를 물과 반응시켜 이를 통해 질산을 형성하는 단계, 및 적어도 일부의 질산을 회수하는 단계를 포함한다. 특정한 구체예에서, 회수된 적어도 일부의 질산은 산세 처리에서 사용되는 산성 용액으로 다시 재순환될 수 있다.

본 개시에 따른 추가의 양태는 NO_x를 포함하는 기체 스트림을 처리하기 위한 시스템에 대한 것이다. 이러한 시스템은 제1 챔버 및 제2 챔버를 포함한다. 제1 챔버는 NO_x를 포함하는 기체의 공급원과 연결된 제1 유입구, 그리고 오존의 공급원과 연결된 제2 유입구를 포함한다. 제1 챔버는 또한 NO_x 기체를 포함하는 기체를 오존과 접촉시켜, 이를 통해 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 중간 생성물을 발생시키도록 개조된 내강을 포함한다. 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소는 제1 챔버 내에서 물과 반응하여 질산을 형성한다. 제2 챔버는 제1 챔버로부터의 기체를 수용한다. 제2 챔버는 수증기의 공급원과 연결된 제3 유입구를 포함하고, 제1 챔버로부터의 기체를 수증기와 접촉시켜서, 이를 통해 기체의 질산을 수증기에 가용화하도록 개조된 내강을 포함한다. 제2 챔버는 또한 적어도 일부의 가용화된 질산을 회수하기 위한 유출구를 포함한다.

본 개시에 따른 NO_x를 포함하는 기체 스트림을 처리하기 위한 시스템의 특정한 하나의 구체예에서, 이러한 시스템은 합금을 산세하기 위한 산 세정 장치와 연결된다. 산 세정 장치에 의해 발생된 NO_x를 포함하는 기체는 이러한 시스템으로 처리되어 질산을 회수할 수 있다. 임의로, 적어도 일부의 회수된 질산은 산 세정 장치로 재순환된다.

본 개시에 따른 추가적인 양태는 산 세정 용액으로부터 질산을 회수하기 위한 방법에 대한 것이다. 이러한 방법은 유리 질산을 포함하는 산세 용액에 적어도 하나의 화학물질을 포함하는 처리 물질을 투입하는 단계를 포함한다. 이러한 처리 물질은 산세 용액 내의 적어도 일부의 유리 질산과 반응하고 NO_x를 생성한다. 적어도 일부의 NO_x를 포함하는 기체 스트림은 오존과 접촉하고, 이를 통해 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물을 형성한다. 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소는 물과 접촉하여, 이를 통해 질산을 형성하며, 적어도 일부의 질산은 수집된다.

본 개시에 따른 또다른 양태는 NO_x를 포함하는 기체 스트림을 처리하기 위한 시스템에 대한 것으로서, 이러한 시스템은 산세 장치, 제1 챔버, 및 제2 챔버를 포함한다. 산세 장치는 산세 욕, 산세 탱크, 및 산세 분사 기기 중에서 선택된다. 산 세정 용액을 포함하는 산세 장치는 다음을 포함한다: 산 세정 용액과 접촉되게 하기 위해 처리 물질을 투입하도록 개조된 유입구, 여기서 처리 물질은 질산과 반응하여 NO_x를 형성함; 및 NO_x를 포함하는 기체가 수집되는 상부공간. 제1 챔버는 다음을 포함한다: 내강; 산세 장치의 상부공간과 연결되고 상부공간으로부터 적어도 일부의 NO_x를 포함하는 기체를 내강에 전달하도록 개조된 제1 유입구; 및 오존의 공급원과 연결된 제2 유입구. 제2 챔버의 내강은 NO_x를 포함하는 기체가 오존과 접촉하여, 이를 통해 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물을 생성하도록 개조되고, 여기서 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소는 제1 챔버 내의 물과 반응하여 질산을 형성한다. 제2 챔버는 제1 챔버와 직접 유동적으로 연결되며 제1 챔버로부터의 기체 유출물을 수용한다. 제2 챔버는 다음을 포함한다: 수증기의 공급원과 연결된 제3 유입구; 제1 챔버로부터의 기체를 수증기와 접촉시켜, 이를 통해 제1 챔버로부터의 기체 유출물 내 질산이 수증기로 가용화되도록 개조된 내강; 및 제2 챔버의 내강으로부터 가용화된 질산을 수집하기 위한 유출구.

본 명세서에 개시되고 기술된 발명이 본 요약에 개시된 구체예에 제한되지 않음이 이해된다.

도면의 간단한 설명
본 명세서에 개시되고 기술된 다양한 비-제한적인 구체예의 특징은 첨부된 도면을 참조로 하여 더 잘 이해될 수 있고, 여기서:
도 1은 본 개시에 따른 NO_x 기체를 포함하는 기체 스트림을 처리하기 위한 방법의 비-제한적인 구체예의 특정한 단계를 나타내는 흐름도이고; 및
도 2는 본 개시에 따른 NO_x 기체를 포함하는 기체 스트림을 처리하기 위한 시스템의 비-제한적인 구체예를 모식도로 나타낸 것이다.
독자는 본 개시에 따른 특정한 비-제한적인 구체예의 다음의 상세한 설명을 고려할 때 전술된 것뿐만 아니라 다른 세부사항을 이해할 것이다. 독자는 또한 본 명세서에 기술된 구체예를 적용하거나 이용할 때 추가적인 세부사항을 이해할 수 있을 것이다.

특정한 비-제한적 구체예의 상세한 설명

본 명세서에 개시된 비-제한적인 구체예의 상세한 설명이, 명확성의 목적을 위해 다른 특징 및 특성은 배제하면서, 개시된 구체예의 명확한 이해와 관련된 특징 및 특성만 설명하도록 단순화되었을 수 있음이 이해되어야 한다. 당해 분야의 숙련가는, 개시된 구체예의 이러한 설명을 고려할 때, 다른 특징 및 특성이 개시된 구체예의 특정한 적용 또는 응용에서 바람직할 수 있음을 인식할 것이다. 그렇지만, 그러한 다른 특징 및 특성은 당해 분야의 숙련가가 개시된 구체예의 이러한 설명을 고려함으로써 쉽게 알아내고 적용할 수 있으며, 따라서, 개시된 구체예의 완전한 이해를 위해 필수적인 것은 아니기 때문에, 그러한 특징, 특성 등의 설명은 본 명세서에 제공되지 않는다. 이와 같이, 본 명세서에 제시된 설명이 단지 개시된 구체예를 예시하고 설명할 따름이며 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않음이 이해되어야 한다.

본 개시에서, 달리 명시되지 않는 한, 모든 수치 변수는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 선행되고 수식되는 것으로 이해되어야 하며, 여기서 이러한 수치 변수는 변수의 수치를 결정하기 위해 사용되는 기본적인 측정 기술에 내재된 가변 특성을 보유한다. 최소한, 그리고 청구 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아니면서, 본 명세서에 기술된 각각의 수치적인 변수는 적어도 기록된 유효 숫자의 개수에 비추어 그리고 일반적인 반올림 기술을 적용하여 이해되어야 한다.

또한, 본 명세서에 언급된 임의의 수치 범위는 언급된 범위 내에 포함된 모든 하위-범위를 포함하는 것으로 의도된다. 예를 들면, "1 내지 10"의 범위는 언급된 최소값인 1과 언급된 최대값인 10의 사이의(및 이들을 포함한), 즉, 1 이상의 최소값 및 10 이하의 최대값을 갖는, 모든 하위-범위를 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 언급된 임의의 최대 수치 한계는 범위에 포함된 모든 더 낮은 수치 한계를 포함하는 것으로 의도되며 본 명세서에 언급된 임의의 최소 수치 한계는 범위에 포함된 모든 더 높은 수치 한계를 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 본 출원인은 본 명세서에 명시적으로 언급된 범위 내에 포함된 임의의 하위범위를 명시적으로 언급하도록, 청구범위를 포함하여 본 개시를 보정할 권리를 보유한다. 그러한 모든 범위는 본 명세서에 암묵적으로 개시된 것으로 의도되며, 따라서 명시적으로 언급된 임의의 그러한 하위-범위로 보정하는 것은 35 U.S.C. § 112, 제1절, 및 35 U.S.C. § 132(a)의 요건을 충족할 것이다.

본 명세서에서 사용된, 문법 관사 "하나의(one)", "a", "an", 및 "the"는 달리 지시되지 않는 한 "적어도 하나의" 또는 "하나 이상의"를 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 이러한 관사는 본 명세서에서 관사의 문법적 주체의 하나 또는 하나 초과(즉, "적어도 하나의")를 지칭하기 위해 사용된다. 예를 들자면, "성분"은 하나 이상의 성분을 의미하고, 따라서, 가능하게는, 하나 초과의 성분이 고려되며, 기술된 구체예의 실행에 활용되거나 사용될 수 있다. 또한, 문맥에서의 사용이 달리 지시되지 않는 한, 단수 명사의 사용은 복수를 포함하고, 복수 명사의 사용은 단수를 포함한다.

본 명세서에 참고로서 포함된다고 언급되는 임의의 특허, 공개 또는 다른 개시 문헌은 달리 지시되지 않는 한 그 전체로서, 그러나 포함된 문헌이 본 명세서에 명시적으로 제시된 존재하는 정의, 언급, 또는 다른 개시 문헌과 충돌하지 않는 정도까지만 포함된다. 이와 같이, 그리고 필요한 정도까지, 본 명세서에 제시된 본 개시가 본 명세서에 참고로서 포함된 임의의 충돌하는 문헌보다 우선한다. 본 명세서에 참고로서 포함된다고 언급되지만, 본 명세서에 제시된 존재하는 정의, 언급, 또는 다른 개시 문헌과 충돌하는 임의의 문헌, 또는 그 중 일부는 포함된 문헌과 존재하는 개시 문헌 사이에 어떠한 충돌도 일어나지 않는 정도까지만 포함된다. 본 출원인은 본 명세서에 참고로서 포함된 임의의 주제, 또는 그 중 일부를 명시적으로 언급하도록 본 개시를 보정할 권리를 보유한다.

본 개시는 다양한 구체예의 설명을 포함한다. 본 명세서에 기술된 다양한 구체예가 예시적이고, 설명적이며, 비-제한적임이 이해되어야 한다. 따라서, 본 개시는 이러한 구체예의 설명에 의해 제한되지 않는다. 그보다, 본 발명은 청구 범위에 의해 정의되며, 청구 범위는 본 명세서에 명시적으로 또는 암묵적으로 기술된 또는 아니면 본 개시에 의해 명시적으로 또는 암묵적으로 뒷받침되는 임의의 특징 또는 특성이 언급되게끔 보정될 수 있다. 게다가, 본 출원인은 선행 기술에 존재하지만, 본 명세서에 명시적으로 반드시 기술된 것이 아닐 수 있는 특징 또는 특성을 확정적으로 부정하도록 청구범위를 보정할 권리를 보유한다. 그러므로, 임의의 그러한 보정은 35 U.S.C. § 112, 제1절, 및 35 U.S.C. § 132(a)의 요건을 충족시킬 것이다. 본 명세서에 개시되고 기술된 다양한 구체예는 본 명세서에 다양하게 기술된 바와 같은 특징 및 특성을 포함하거나, 이들로 구성되거나, 또는 이들을 필수적으로 포함하여 구성될 수 있다.

본 명세서에 개시된 다양한 구체예는 NO_x를 포함하는 기체 스트림을 처리하는 방법에 대한 것이다. 그러한 구체예는 NO_x 기체를 포함하는 기체 스트림을 오존과 접촉시켜, 이를 통해 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물을 형성하는 단계를 포함한다. 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소 반응 생성물은 물과 반응되어 질산을 형성하고, 적어도 일부의 질산이 회수되고 임의로 어떤 유용한 목적을 위해 적용될 수 있다. 따라서, NO_x-함유 기체를 처리하기 위한 종래의 방법과는 대조적으로, NO_x-함유 기체와 오존의 반응으로부터 생성된 산화 생성물의 전부 또는 일부는 폐 스트림으로서 수성 세정기를 이용하여 바로 제거되지 않는다. 그 대신, 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소 산화 생성물은 물과 반응하여 질산을 형성하고, 적어도 일부의 질산이 회수되며 재사용되거나 달리 활용될 수 있다. 가령 스테인리스 강 및 다른 합금의 산세에서 사용되는 질산은 가격이 비싸고 적어도 일부의 산을 재사용하는 것은 산세와 연관된 비용을 상당히 낮출 뿐 아니라 산세 공정에 의해 생성된 NO_x-함유 기체가 처리되는 경우 발생되는 폐수의 양도 줄일 수 있다.

본 개시에 따른 방법의 구체예는 도 1의 흐름도를 참조하여 더욱 이해될 수 있다. 첫 번째 단계에서, 기체 스트림의 일부일 수 있는 기체상 NO_x, 및 오존이 반응하여 산화 생성물을 형성한다. 산화 생성물은 삼이산화질소 (N₂O₃) 및 오산화질소 (N₂O₅)를 포함할 수 있다. 첫 번째 단계와 동시에 진행되고 및/또는 시간 내에 제거될 수 있는 두 번째 단계에서, 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소는 물과 반응하여 질산 (HNO₃)을 형성한다. 세 번째 단계에서, 적어도 일부의 질산이 회수된다.

본 명세서에 개시된 다양한 구체예는 NO_x를 포함하는 기체 스트림을 오존으로 처리하고 질산을 생성하고 회수하기 위한 시스템에 대한 것이다. 하나의 그러한 구체예는 도 2에 모식적으로 도시되며, 여기서 시스템(13)은 제1 챔버(1), 제2 챔버(2), 및, 임의로, 제3 챔버(3)를 포함한다. 챔버(1), (2), (3)은 유동 경로를 따라 연결되는 장치의 구획일 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 챔버(1), (2), (3)는 유동 경로를 따라 연결되는 분리된 구조물일 수 있다.

시스템(13)의 제1 챔버(1)는 NO_x-함유 기체 스트림 및 오존 기체를 포함하거나 오존 기체로 이루어진 기체 스트림을 수용하며 이들 스트림을 함께 혼합하도록 개조된다. 제1 챔버(1)는 적어도 하나의 제1 유입구(4) 및 제2 유입구(5)를 포함할 수 있고, 내강을 포함한다. 특정 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(1)는 적어도 24 인치의 직경을 가질 수 있다. 특정 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(1)는 적어도 200 피트 길이일 수 있다. 그렇지만, 제1 챔버(1)가 NO_x-함유 기체 스트림과 오존을 포함하는 스트림을 함께 혼합하고 이를 통해 NO_x와 오존간의 반응을 촉진하기에 적절한 임의의 규모 및 설계를 가질 수 있음이 이해될 것이다. 특정 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(1) 내 온도는 140℉ 미만일 수 있다. 특정 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(1) 내 압력은 10.5 수주(water column) (인치) 진공일 수 있다. 특정 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(1)를 통한 NO_x-함유 기체 및 오존 포함 기체의 유량은 적어도 500 입방 피트/분일 수 있다. 제1 챔버(1) 내부의 조건은 NO_x-함유 기체 스트림 및 오존 포함 스트림 사이의 반응 및 질산을 생성하기 위한 제1 챔버(1) 내에 형성된 물질들의 추가적인 반응을 촉진하도록 선택될 수 있음이 이해될 것이다. 제1 챔버(1) 내부의 유량은 제1 챔버(1)에서 적절한 체류 시간을 허용하도록 선택될 수 있다. 제1 챔버(1) 내부의 체류 시간이 적절하지 않을 경우, NO_x-함유 기체 스트림 및 오존은 혼합되고 반응하는데 어려움을 가질 수 있다. 그러한 경우에, 산화 생성물은 제1 챔버(1)에 형성되지 않을 수 있고, 그 대신에 제2 챔버(2) 또는 제3 챔버(3)에서 형성될 수 있을 것이다. 특정 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(1)에서의 체류 시간은 적어도 6 초이다.

제1 유입구(4)는 NO_x를 포함하는 기체의 공급원과 연결된다. NO_x-함유 기체 스트림은 바람직하게는 제1 유입구(4)를 통해 제1 챔버(1)로 이동하기 전에는 세정기를 통과하지 않는다. 그 대신, NO_x-함유 기체 스트림은 바람직하게는 NO_x-함유 기체 스트림을 생성하는 공급원으로부터 제1 유입구(4)를 통해 직접 이동하며 "선-처리"되지 않는다. NO_x-함유 기체 스트림은 NO_x 기체를 생성하는 임의의 공정으로부터 발생될 수 있다. 예를 들면, 특정 비-제한적인 구체예에서, NO_x-함유 기체 스트림은 합금 제조 또는 처리 공정 또는 연소 공정 도중에 생성된다. 특정 비-제한적인 구체예에서, 본 개시에 따른 시스템에 의해 처리된 NO_x-함유 기체는 금속 및 합금을 처리하기 위한 산세 공정에서 생성된다. 한 특정한 비-제한적인 구체예에서, 가령, 질산을 포함할 수 있으며, 합금의 표면을 처리하는 시간 동안 합금이 침지(즉, "산세")되는 산 세정 탱크 또는 욕 위의 상부공간에 NO_x-함유 기체 스트림이 생성된다. 특정한 다른 비-제한적인 구체예에서, NO_x-함유 기체 스트림은 금속 또는 합금의 표면에 산 세정 용액의 분사가 가해지는 분사 산세 공정에 의해 생성된다. 특정 비-제한적인 구체예에서, 산 세정 공정에 의해 생성된 NO_x-함유 기체 스트림은 주변 온도 내지 140℉의 온도를 가질 수 있다. 당해 분야에 공지되어 있는 바와 같이, 산 세정 탱크, 욕, 또는 분사에 사용되는 산 용액은 하나 이상의 강산을 포함하며, 스테인, 무기 이물질, 녹, 및 스케일과 같은 표면 불순물을, 금속 및 금속 합금으로부터 제거하기 위해 사용되는 용액이다. 특정한 구체예에서, 산세 탱크, 욕, 또는 분사는 티타늄, 티타늄 합금, 및 스테인리스 강으로부터 선택되는 물질로부터 표면 불순물을 제거하기 위해 사용될 수 있다.

특정 비-제한적인 구체예에서, 산세 욕은 염산, 황산, 인산, 질산, 불산, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 강산을 포함할 수 있다. 특정한 구체적인 비-제한적인 구체예에서, 산세 욕은 질산 및 불산 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 특정한 금속 또는 합금을 위해 적합한 산세 용액을 쉽게 배합할 수 있고, 따라서, 본 명세서가 특정한 금속 또는 합금을 위한 산세 용액을 배합하거나 적용하는 방법에 대한 논의를 포함할 필요가 없다. 본 개시에 따른 방법 및 시스템의 구체예가 NO_x-함유 기체를 생성하는 임의의 산세 배합물과 함께 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 더 일반적으로는, 본 개시에 따른 방법 및 시스템의 특정 구체예가 임의의 공정, 장치, 시스템, 또는 현상에 의해 생성된 NO_x-함유 기체를 처리하기 위해 사용될 수 있음이 이해될 것이다.

산세 공정과 관련되어 사용되는 본 개시에 따른 방법 또는 시스템의 특정 비-제한적인 구체예에서, 산세 분사에 사용되거나 산세 탱크 또는 욕 내부에 있는 산세 용액은 적어도 140℉의 온도를 가질 수 있다. 그렇지만, 산세 용액이 관심의 금속 또는 합금을 산세하기에 적합한 임의의 온도를 가질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 특정한 비-제한적인 구체예에서, 산세 용액은 140℉ 미만의 온도를 가질 수 있다. 특정한 다른 비-제한적인 구체예에서, 산세 용액은 140℉ 이상의 온도를 가질 수 있다. 산세 공정과 관련되어 사용되는 본 개시에 따른 방법 또는 시스템의 다른 비-제한적인 구체예에서, 산세 욕 또는 탱크는 적어도 5700 및 많게는 15,000 갤런의 산세 용액을 저장할 수 있다. 그렇지만, 산세 욕 또는 탱크가 관심의 금속 또는 합금 공장 생성물의 요망되는 표면 가공을 제공하기에 적합한 임의의 부피의 산세 용액을 저장할 수 있음이 이해될 것이다. 앞서 언급한 바와 같이, NO_x-함유 기체를 생성하는 산세 공정의 특정한 다른 비-제한적인 구체예에서, 스테인, 무기 이물질, 녹, 및 스케일과 같은 표면 불순물은 분사 산세를 이용하여 금속 및 합금으로부터 제거될 수 있다. 본 명세서에서 사용된, 분사 산세는 표면 불순물을 제거하기 위해 금속 및/또는 금속 합금에 산 세정 용액을 분사하는 공정을 지칭한다. 분사 산세는 금속 및/또는 금속 합금을 처리하기 위해 사용된 산의 부피를 최소화하거나 줄일 수 있지만, 이러한 공정은 여전히 상당한 부피의 NO_x-함유 기체를 발생시킬 수 있다.

다시 도 2에 모식적으로 예시된 시스템(13)을 참조하면, 제1 유입구(4)는 수분 (물)의 공급원과 추가로 연결될 수 있다. 시스템(13)의 특정한 비-제한적인 구체예에서, 수분 및 NO_x-함유 기체 스트림은 예를 들면, 유입구(4)일 수 있는 동일한 장소에서 제1 챔버(1)로 들어간다. 다른 비-제한적인 구체예에서, 수분 및 NO_x-함유 기체 스트림은 상이한 장소에서 제1 챔버(1)로 들어갈 수 있다. 또다른 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(1)에 도입된 수분의 전부 또는 일부는 NO_x-함유 기체 스트림 중 일부일 수 있다. 예를 들면, 산세 공정 또는 시스템을 수반하는 본 명세서에 기술된 방법 및 시스템의 구체예에서, NO_x-함유 기체 스트림은 산 세정 용액의 상부공간에 생성될 수 있고, 따라서, 산 세정 용액으로부터 물이 증발한 결과로서 특정 수분을 포함할 수 있다.

시스템(13)의 챔버(1)로의 제2 유입구(5)는 오존의 공급원과 연결된다. 오존 공급원은 예를 들면, 오존 발생기 또는 오존을 만드는 또다른 공지된 기기 (도시되지 않음), 또는 오존 저장 기기일 수 있다. 특정 비-제한적인 구체예에서, 오존 발생 기기는 해당 위치에서의 산세 공정 또는 장치 또는 또다른 공정 또는 장치에 의해 발생된 NO_x-함유 기체를 처리하기 위해 요구되는 경우 오존이 발생될 수 있도록 "온-사이트"에 위치할 수 있다. 오존이 짧은 반감기를 가지기 때문에, 오존은 바람직하게는 제2 유입구(5)에 인접하여 생성된다. 예를 들면, 특정한 비-제한적인 구체예에서, 오존 발생기기 또는 다른 오존 공급원은 제2 유입구(5)에 가까이 위치할 수 있다. 다른 비-제한적인 구체예에서, 오존 공급원은 제1 유입구(4) 및 제2 유입구(5)에 가까이 위치할 수 있다. 오존 공급원은 제1 챔버(1)에 도입되는 특정한 NO_x-함유 기체 스트림을 처리하기에 적합한 임의의 농도로 오존을 포함하는 오존-함유 기체 스트림을 제공할 수 있다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제2 유입구(5)에서 제1 챔버(1)로 도입되는 기체 스트림 내 오존의 농도는 1 내지 16 부피 백분율의 범위일 수 있다.

시스템(13)의 특정한 비-제한적인 구체예에서, 오존 포함 기체가 제1 챔버(1)로 도입되는 제2 유입구(5)는, 제1 유입구(4)에서 제1 챔버(1)로 들어가는 NO_x가 제2 유입구(5)에서 유입되는 오존과 접촉하고 적절히 반응하여 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물을 형성하도록, 제1 유입구(4)에 인접하게(즉, 가깝게) 위치할 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 제1 챔버(1) 내부에서 NO_x-함유 기체 스트림 내의 NO_x와 오존-함유 기체 스트림 내의 오존이, 제1 챔버(1)에 들어가는 NO_x-함유 기체 스트림 내 NO_x 농도의 특히 바람직한 최소의 감소를 야기하는 정도까지 반응하도록 하는, 제1 유입구(4)와 제2 유입구(5) 사이의 적합한 최소, 최대, 및/또는 범위의 거리를 쉽게 알아낼 수 있다. 제1 챔버(1)의 내강의 형태 및 크기는 NO_x-함유 기체 스트림과 오존 사이의 접촉을 촉진하고 이를 통해 이들이 적절하게 반응하여 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물을 생성하도록 개조될 수 있다. 이들 반응 생성물은 제1 챔버(1)에서 다음 식에 따른 질소 산화물(NO 및 NO₂를 비롯한 NO_x) 및 오존(O₃)의 반응에 의해 형성될 수 있다:

NO_x-함유 기체 스트림 내 NO_x가 제1 챔버(1) 내 오존과 반응하여 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물을 형성하는 정도는 기체의 유량, 체류 시간, 각각의 기체 스트림 내 NO_x 및 오존의 농도, 반응물질의 온도, 및 제1 챔버(1) 내부의 기체 스트림 사이에 발생하는 특정한 혼합 작용을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 많은 요인에 의존적이다. 당해 분야의 숙련가는 제1 챔버(1)에서 발생하는 반응 속도를 조정하고 NO_x-함유 기체 스트림 내 NO_x의 요망되는 수준의 전환을 얻기 위해 이들 변수 중 하나 이상을 적절히 조정하거나 영향을 줄 수 있다.

시스템(13)의 특정한 비-제한적인 구체예에서, NO_x-함유 기체 스트림은 제1 챔버(1)의 내강 내로 도입되고 내부의 오존과 접촉하기 전에는 세정기에서 처리되지 않는다. 또한, 본 개시에 따른 시스템의 특정한 비-제한적인 구체예에서, NO_x-함유 기체 스트림은 기체 스트림을 혼합하도록 개조된 기기를 이용하여 제1 챔버에서 오존-함유 기체 스트림과 혼합될 수 있다. 예를 들면, NO_x-함유 기체 스트림은 정적 혼합기를 이용하여 오존-함유 기체 스트림과 혼합될 수 있다. 본 명세서에서 사용된, 용어 "정적 혼합기"는 유동 분할 및 방사형 혼합의 패턴을 촉진하기 위해 특정한 기하학적 설계를 가지는 일련의 고정된 구성요소를 포함하는 기기를 지칭한다. 정적 혼합기는, 적어도 두 가지 액체 또는 적어도 두 가지 기체의 혼합을 촉진하기 위해 사용되어, 하나의 기체를 하나의 액체에 분산시키거나, 적어도 두 가지의 비혼화성 액체를 분산시킬 수 있다. 비록 정적 혼합기가 시스템(13)에서 필요하지 않다고 여겨짐에도 불구하고, 정적 혼합기를 제공하는 것은 시스템 효율을 개선하고, 제1 챔버(1)에 도입된 기체 스트림이 혼합되고 적절히 반응될 수 있도록 하기 위해 요구되는 제1 챔버(1)의 길이를 줄일 수 있다. 시스템(13)의 특정한 비-제한적인 구체예에서, 예를 들면, 정적 혼합기가 제1 유입구(4) 및 제2 유입구(5)에 가깝게 제1 챔버(1)에 위치하거나 연결될 수 있다. 시스템(13)의 특정한 비-제한적인 구체예에서, 정적 혼합기는 제2 유입구(5) 바로 뒤에 위치할 수 있다.

제1 챔버(1) 내에 형성된 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소 산화 생성물은 추가로 제1 챔버(1)의 내강의 물과 반응하여 질산을 형성한다. 앞서 논의한 바와 같이, 제1 챔버(1)의 내강으로 도입된 물은, 예를 들면, 제1 유입구(4)에서 제1 챔버(1)로 도입된 NO_x-함유 기체 스트림의 기존 성분인 수분 및/또는 하나 이상의 물 공급원과 연결된 제1 챔버(1)로의 하나 이상의 유입구로부터 제1 챔버(1)로 도입된 물일 수 있다. 가능한 물 공급원(6)이 도 2에 나타난다. 시스템(13)은 충분한 농도의 물이 제1 챔버(1) 내에 존재하여 제1 챔버에서 산화 생성물과 적절히 반응하여 질산을 형성하도록 하는 임의의 적합한 방식으로 구성될 수 있음이 이해될 것이다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제1 유입구(4)는 물 공급원(6) 가까이에 위치할 수 있다. 특정한 다른 비-제한적인 구체예에서, 제1 유입구(4) 및 제2 유입구(5)는 물 공급원(6) 가까이에 위치할 수 있다. 시스템(13) 및 제1 챔버(1)의 특정한 설계는, 만일 그러하게 제공될 경우, 제1 챔버(1)에서 물 및 산화 생성물의 반응을 최적으로 촉진하게 하는, 제1 챔버(1)로의 하나 이상의 물 유입구의 최적 배치에 영향을 줄 것임이 이해될 것이다.

다시 도 2를 참조하면, 시스템(13)의 제2 챔버(2)는 제1 챔버(1)로부터의 하류에(즉, 기체 유동의 방향으로) 위치할 수 있다. 제1 및 제2 챔버(1), (2)는 바람직하게는 직접 유동적으로 연결되어 따라서 제1 챔버(1)로부터의 유출물은 제2 챔버(2)로 유동한다. 제2 챔버는 제1 챔버(1)로부터 제2 챔버(2) 내로 들어온 유출물로부터 질산을 회수하도록 개조된다. 시스템(13)의 특정한 구체예에서, 제2 챔버(2)는 당해 분야의 숙련가에게 공지되는 바와 같이, 장치 내로 도입된(즉, 주입된) 습분으로부터 액체를 응축하기 위해 개조된 넓은 횡단 표면적를 포함하는 기기인 습분 제거장치(mist eliminator)일 수 있다. 습분 제거장치는 바람직하게는 습분 제거장치를 통해 기체가 통과할 때 기체의 속도를 줄이고, 이에 따라 중력을 통해 습분이 액체로서 제거될 수 있도록 습분을 포집함으로써 기체 스트림으로부터 습분을 액체로서 제거한다.

도 2에 예시되는 바와 같이, 특정한 비-제한적인 구체예에서, 시스템(13)의 제2 챔버(2)는 제3 유입구(7), 내강, 및 내강으로부터 가용화된 질산이 수집되거나 회수되는 유출구(8)를 포함할 수 있다. 제3 유입구(7)는 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제2 챔버(2)의 내강으로 분사되는 수증기의 공급원과 연결된다. 이러한 내강은 제1 챔버(1)로부터의 기체 유출물이 수증기와 접촉되어 이를 통해 제1 챔버(1)로부터의 기체 유출물 내의 질산이 수증기에 가용화되도록 개조된다. 가용화된 질산은 이후 수성 질산 용액으로서 수집되며 제2 챔버(2)의 하부로부터 유출구(8)를 통해 추출된다. 질산의 농도는 예를 들면, 시간이 흐름에 따라 시스템(13)으로 도입되는 물의 부피를 제어함으로써 조정될 수 있다. 예를 들면, NO_x-함유 기체 스트림의 한 성분으로서 및/또는 제1 챔버(1)와 연결된 하나 이상의 물 유입구를 통해 물을 비교적 높은 속도로 시스템(13)에 도입하는 것은, 시스템(13) 내에 형성되거나 이로부터 회수된 질산을 희석시킬 수 있다. 대안적으로, 시간이 흐름에 따라 시스템(13) 내에 더 적은 부피의 물을 도입하는 것은 시스템(13) 내에 형성되거나 이로부터 회수된 질산을 농축시킬 수 있다.

특정한 구체예에서, 회수된 질산은 시스템(13)에 의해 처리되는 NO_x-함유 기체를 최초로 생성시켰던 공정 또는 장치로 다시 재순환된다. 예를 들면, 시스템(13)이 시스템(13)에서 처리되는 NO_x-함유 기체 스트림을 발생시키는 산세 탱크, 욕, 또는 분사를 수반하는 구체예에서, 제2 챔버(2)로부터 회수된 질산은 파이프를 통해 또는 다른 방식으로 산세 탱크, 욕, 또는 분사에 다시 이동될 수 있고 추가적인 금속 또는 합금 공장 생성물을 산세하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 제2 챔버(2)로부터 회수된 질산은 예를 들면 저장, 판매, 또는 적절히 처분될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 시스템(13)은 제2 챔버(2)로부터의 하류에 위치하며 챔버(2)로부터의 기체 유출물을 수용하는 제3 챔버(3)를 임의로 포함한다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제3 챔버(3)는 세정기일 수 있다. 세정기는 기체 스트림으로부터 오염물질 또는 다른 물질을 추출하는 기기 또는 시스템이다. 당해 분야에 공지되어 있는 바와 같이, 세정기는 기체 스트림으로부터 물질을 제거하기 위해 액체를 사용하는 습식 세정기, 또는 기체 스트림으로부터 물질을 제거하기 위해 건조 물질을 사용하는 건식 세정기일 수 있다. 예를 들면, 챔버(2)로부터의 기체 유출물은 미-반응된 질소 산화물, 제2 챔버(2)에 의해 포획되지 않은 질산, 제2 챔버(2)를 넘어서 시스템(13)의 영역에서 생성된 질산, 수은, 황산화물, 및/또는 제2 챔버(2)를 떠나는 기체 스트림으로부터 제거되는 것이 바람직한 동반된 입자상물질을 포함할 수 있고, 그러한 물질은 제3 챔버(3)에서 세정기를 이용하여 전부 또는 부분적으로 제거될 수 있다. 예를 들면, 제1 챔버(1)에서 산화 생성물로 전환되지 않은 질소 산화물은 미-반응된 채 제2 챔버(2)를 통과하고 제3 챔버(3)에 들어갈 수 있다. 그러한 미-반응된 질소 산화물은 챔버(3)에서 기체 스트림으로부터 전부 또는 부분적으로 제거될 수 있다. 또한, 예를 들면, 제2 챔버(2)에서 회수되지 않은 질산은 도관(9)을 통해 제3 챔버(3)로 들어가고 제3 챔버(3)에서 부분적으로 또는 전부 수집될 수 있다.

특정한 비-제한적인 구체예에서, 제3 챔버(3)는 제4 유입구(10), 환경으로 기체를 방출하기 위한 최종 유출구(12), 및 제3 챔버(3)의 내강으로부터 폐기물을 수집하기 위한 제2 유출구(11)를 포함할 수 있다. 제3 챔버(3)가 습식 세정기기인 구체예에서, 제4 유입구(10)는 세정기 용액의 공급원에 연결될 수 있다. 세정기 용액은 예를 들면, 물과 같은 비-가성 용액, 또는 물/수산화나트륨 용액과 같은 가성 용액일 수 있다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 특정한 세정기 용액은 제3 챔버(3)로 이동하는 미-회수된 질산을 중화하기 위해 세정기를 통해 재순환될 수 있다. 제1 유출구(12)는 제2 챔버(2) 또는 제3 챔버(3)에서 제거되지 않은 임의의 질소 산화물 (NO_x)을 방출한다. 제2 유출구(11)는 제3 챔버(3)로부터의 폐기물을 추출하기 위해 사용될 수 있고, 이러한 폐기물은 경우에 따라, 재사용되고 및/또는 처분될 수 있다.

본 개시에서 일반적으로 기술된 바와 같이 구성된 NO_x-함유 기체 스트림 처리 시스템은 24시간 동안 상당한 부피의 질산을 생산할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 일반적으로 나타난 바와 같이 구성된 장치는 1200 ppm NO_x를 포함하고 4,500 scfm (분당 표준 입방 피트)의 속도로 유동하는 폐 기체 스트림으로부터 많게는 1350 파운드/일의 질산(100% 산을 기준으로 하여)을 잠재적으로 회수할 수 있을 것으로 생각된다. 본 개시에 따라 일반적으로 논의된 바와 같이 구성되고 도 2에 나타난 일반 설계를 가지는 원형(prototype) 시스템에 대해 수행된 시험은 합금 산세 장치에 의해 발생된 NO_x-함유 기체 스트림으로부터 상당한 부피의 42%(부피/부피) 질산을 성공적으로 생산하였다.

본 개시의 추가적인 양태는 가령, 사용된 또는 폐("사용후(spent)") 산 세정 용액과 같은 산 세정 용액으로부터 질산을 회수하기 위한 방법에 대한 것이다. 이러한 방법의 비-제한적인 구체예는 NO_x를 포함하는 기체 스트림을 처리하는 단계를 포함하며 여기서 기체 스트림 내 적어도 일부의 NO_x는 사용된 또는 사용후 산 세정 용액을 처리함으로써 발생된다. 스테인리스 강의 마감 도중에, 예를 들면, 풀림(annealing) 및 다른 마감 공정은 공기의 존재에서 수행되며, 얇은 산화막이 스테인리스 강의 표면에 형성된다. 또한, 이러한 강이 고온에서 처리될 경우, 산화막 아래에 일반적으로 크롬이 결핍된 영역이 형성된다. 산세 공정은 이러한 강의 표면을 세척하고 컨디셔닝하기 위해 사용된다. 열에 의해 생성된 산화물 스케일의 제거는 전형적으로 쇼트 블라스팅(shot blasting) 또는 중성 염에서의 전해질 산세를 이용하여 달성된다. 크롬-결핍된 영역은 전형적으로 둘 이상의 산을 포함하는 산 용액에서 산세에 의해 제거된다. 약간의 벌크 강이 또한 산 세정 도중 제거되어 밝은 표면을 갖는 강이 제공될 수 있다. 산세 욕 내의 혼합된 산 용액은 또한 산세 용액 또는 "산세 리큐르"로도 지칭되고, 흔히 90-160 g/L 질산 및 10-40 g/L 불산을 포함하지만, 불산 대신에 또는 불산 이외에 다른 산을 포함할 수 있는 수성 용액이다. 질산은 강한 산화제이며 금속 및 금속 산화물을 산화하여, 산세 용액 내에, 예를 들면, Cr³ ⁺, Ni² ⁺, 및 Fe³ ⁺ 이온을 형성한다. 산세 용액 내 불산은 금속 이온과 안정한 복합체를 형성한다. 주어진 시점에서 산세의 속도는 산세 욕의 온도, 산세 용액 내 유리 산(즉, 미반응된 산)의 농도, 및 산세 용액에 용해된 크롬 및 철의 농도에 의존적이다. 만족스러운 산세 속도를 유지하기 위해, 최소 농도의 유리 질산 및 불산이 산세 용액에서 유지되어야 한다.

산세 용액 내에 충분한 유리 산 농도를 유지하기 위해 농축된 질산 및 불산이 산세 욕에 부가될 수 있다. 그렇지만, 산세 공정이 진행되면서, 산세 용액의 금속 함량이 증가한다. 금속 함량이 줄어들지 않는 한, 금속 염이 용액으로부터 결정화되기 시작하고 강한 부착성 슬러지를 형성하여, 산세 탱크 또는 욕을 비우고 세정해야 할 필요성이 발생하는 시점에 도달할 수 있다. 그러므로, 시간의 흐름에 따라 유리 산의 충분한 농도를 유지하도록, 그리고 금속 염의 결정화를 야기하는 조건을 피하도록 산세 용액의 조성이 조정되어야 한다. 사용후 산세 용액은 상당한 농도의 질산염, 불소화합물, 및 중금속을 포함하지만, 그러나 또한 일정 농도의 유리(미반응된) 질산 및 유리 불산을 포함한다. 사용후 산세 용액에 유실된 유리 질산은 이것이 회수될 수 있다면 유용할 것이고, 예를 들면, 산세 공정 또는 다른 적용분야에서 재-사용될 수 있다. 사용후 산세 용액을 처리하여 유리 질산 및 유리 불산을 회수하기 위한 기술이 개발되어 왔다. 특정한 공지의 산세 용액 재생 시스템에서, 예를 들면, 사용후 산세 용액은 금속 밸류(metal values)로부터 유리 산을 분리하기 위해 이온 교환 수지 층을 통과한다. 이러한 유리 산은 이후 산세 공정 또는 다른 적용분야에서 재-사용될 수 있다. 질산은, 그렇지만, 강한 산화제이고, 따라서, 이온 교환 수지를 산화시키는 경향을 갖는다. 그러한 시스템에서는, 그러므로, 수지 층을 손상으로부터 보호하기 위해 산세 용액의 온도 및 산 농도가 긴밀하게 모니터링되고 제어되어야 한다. 질산의 온도가 너무 높을 경우, 또는 질산이 너무 농축되어 있을 경우, 질산은 수지 층을 공격적으로 손상시킬 것이다. 따라서, 산세 용액 재생 시스템은 전형적으로 수지 층과 접촉시키기 전에 용액을 냉각시키기 위한 열 교환 유닛을 포함한다. 또한, 부유하는 고체는 이러한 고체가 수지 층을 물리적으로 막는 것을 방지하기 위해 사용후 산세 용액으로부터 제거되어야 한다. 이와 같이, 산세 용액 재생 시스템은 전형적으로 또한 수지 층과 접촉시키기 전에 용액으로부터 입자상 물질을 단리하기 위한 매체 여과기 및 다른 유형의 여과 유닛을 포함한다. 이온 교환 수지-기반 산세 용액 재생 시스템의 복잡성을 고려할 때, 이러한 시스템은 비용이 높고 플랜트 직원에 의한 관리 및 유지의 관점에서 상당한 투자를 요하는 경향이 있다.

본 발명자는 예를 들면, 사용된 또는 사용후 산세 용액과 같은 산세 용액으로부터 유리 질산을 회수하기 위한 고유한 방법을 개발하였다. 사용된 또는 사용후 산세 용액을 이온 교환 재생 시스템에서 처리하는 대신에, 사용된 또는 사용후 산세 용액은 화학적으로 처리되어 용액 내 유리 질산의 전부 또는 일부로부터 NO_x를 생성한다. NO_x의 전부 또는 일부는 산세 욕, 탱크, 또는 다른 산세 기기 위의 상부공간에 들어가고 상부공간 내 NO_x-함유 기체는 이후 앞서 기술된 본 개시에 따른 방법을 이용하여 처리될 수 있고, 여기서 NO_x를 포함하는 기체 스트림은 처리되어 가용화된 질산을 생산한다. 그러므로, 본 개시의 한 양태에 따르면, NO_x 기체는 유리 질산을 포함하는 사용된 또는 사용후 산 세정 용액에 처리 물질을 도입함으로써 의도적으로 생성된다. 산 세정 용액은 산 세정 욕 또는 탱크 내에 있을 수 있거나, 예를 들면, 산세 분사 기기에서 사용되었을 수 있다. 산세 용액에 처리 물질을 도입함으로써 생성된 NO_x의 전부 또는 일부는 욕 또는 탱크 위이거나 분사 기기와 연결된 상부공간에 들어가고, 생성된 NO_x-함유 기체 스트림은 이하의 방법에 의해 처리된다: NO_x를 포함하는 기체 스트림을 오존과 접촉시키는 단계, 이를 통해 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물이 형성됨; 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소를 물과 반응시키는 단계, 이를 통해 질산이 형성됨; 및 적어도 일부의 질산을 수집하는 단계. 처리 물질을 욕, 탱크, 또는 분사 기기에 도입하는 대신, 예를 들면, 사용된 또는 사용후 산세 용액은 이러한 산세 욕, 탱크, 또는 분사 기기로부터 또다른 탱크 또는 구역으로 빠지거나 파이프수송될 수 있으며 여기서 용액이 처리 물질과 접촉되어 용액 내 유리 질산으로부터 NO_x이 생성되고, 그 이후 생성된 NO_x의 전부 또는 일부를 포함하는 기체 스트림이 상기 기술된 본 개시에 따른 방법으로 처리되어 이를 통해 질산이 생성된다.

산세 용액은 처리되는 리큐르의 전부 또는 일부로부터 NO_x를 생성하기 위한 임의의 적합한 방식으로 화학적으로 처리될 수 있다. 예를 들면, 처리 물질은 유리 질산과 반응하여 NO_x를 형성하는 하나 이상의 화학물질을 포함할 수 있고, 이러한 처리 물질은 처리되는 산세 용액과 혼합되거나 산세 용액으로 도입될 수 있다. 유리 질산과 반응하여 NO_x를 형성하는 화학물질은, 예를 들면, 황산제일철, 및 다른 환원제 가령, 예를 들면, 탄소 강 및 철과 같은 금속 및 합금을 포함한다. 특히, 황산제일철은 황산 세정 도중 생성되는 부산물이다. 당해 분야의 숙련가는 유리 질산을 NO_x로 전환하는데 사용될 수 있는 다른 환원 화학물질을 식별할 수 있을 것이다.

사용된 또는 사용후 산세 용액이, 예를 들어, 산세 용액을 저장하는 산세 욕 또는 탱크에 직접 처리 물질을 배치함으로써 처리되는 경우에, 처리 물질은 산세 용액 내 유리 질산과 반응하기 위해 단일 회분으로 또는 주기적이거나 연속적인 방식으로 파이프 또는 다른 유입구에 의해 욕 또는 탱크로 도입될 수 있다. 처리 물질을 산세 용액 내 유리 질산과 반응시키는 공정은 예를 들면, 반응을 증진시키기 위해 욕 또는 탱크를 혼합하거나 교반함으로써 촉진될 수 있다. 산세 탱크 또는 욕 내의 산세 리큐르의 전부 또는 일부가 산세 욕 또는 탱크로부터 처리되기 위한 이차 탱크 또는 구역으로 빠지거나 파이프수송되는 대안적인 구체예에서, 처리 물질은 산세 용액 내 유리 질산과 반응하기 위해 파이프 또는 다른 수단에 의해 회분식, 주기적, 또는 연속적인 방식으로 이차 탱크 또는 구역에 도입될 수 있다. 또다른 구체예에서, 사용된 또는 사용후 산세 용액은 산세 탱크, 욕, 분사 기기, 또는 다른 산세 기기로부터 제거되고, 처리 물질을 이용한 처리를 위한 또다른 장소로 파이프수송되거나 전달되어 산세 용액 내 유리 질산으로부터 NO_x를 형성할 수 있고, 그 후에 NO_x-함유 기체는 본 개시에 따라 처리되어 가용화된 질산을 회수할 수 있다.

도 3에 모식적으로 나타난, 본 개시에 따른 한 비-제한적인 구체예에서, 사용된 또는 사용후 산세 용액은, 산세 용액 내 유리 질산과 반응하여 NO_x를 형성하게 될 처리 물질과 혼합된다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 산세 용액은 산세 탱크, 욕, 또는 분사 기기로부터, 예를 들면, 파이프 또는 다른 도관을 통해, 이차 탱크 또는 구역으로 연속적으로 유동하고, 여기서 산세 용액은 회분식 조업으로 또는 연속적으로, 처리 물질과 반응한다. 산세 용액과 처리 물질의 반응에 의해 형성된 NO_x의 전부 또는 일부로 이루어지거나 이들을 포함하는 기체 스트림은 오존과 반응하여 삼이산화질소 (N₂O₃) 및 오산화질소 (N₂O₅)를 포함하는 산화 생성물을 생성한다. NO_x가 오존과 반응하는 단계와 동시에 일어날 수 있고 및/또는 이 단계로부터 시간내에 제거되는 단계에서, 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소가 물과 반응하여 질산을 형성하고, 적어도 일부의 질산이 회수된다.

본 개시에 따른 특정한 비-제한적인 구체예는 NO_x를 포함하는 기체 스트림을 오존으로 처리하고, 질산을 생성하고 회수하기 위한 시스템에 대한 것이며, 여기서 적어도 부분적인 NO_x-함유 기체 스트림은 산세 용액 내 유리 질산으로부터 NO_x를 발생시키기 위해 사용된 또는 사용후 산 세정 용액을 하나 이상의 화학물질로 처리함으로써 생성된 NO_x이다. 그러한 한 구체예가 도 4에 모식적으로 도시되어 있고, 여기서 시스템(113)은 산세 탱크(100), 제1 챔버(200), 제2 챔버(300), 및, 임의로, 제3 챔버(400)를 포함한다. 산세 탱크(100)는 산세 탱크(100)로부터의 기체가 제1 챔버(200)로 도입될 수 있도록 제1 챔버(200)와 연결된다. 챔버(200), (300), (400)는 유동 경로를 따라 연결되는 장치의 구획일 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 챔버(200), (300), (400)는 유동 경로를 따라 연결되는 분리된 구조물일 수 있다.

산세 탱크(100)는 일정량의 유리 질산을 포함하는 산 세정 용액(42)을 포함한다. 산세 탱크는 산세 공정에 의해 생성된 기체를 포획하기 위한 슈라우드(shroud) 또는 다른 적합한 구조를 포함하는, 통상적인 설계를 가질 수 있다. 산세 용액 내의 유리 질산과 반응하여 NO_x를 생성하는 처리 물질은 산세 탱크(100)의 벽에 있는 유입구(30)를 통해 산세 용액으로 도입된다. 처리 물질은 적절한 대로, 회분식, 주기적, 또는 연속적으로, 도입되어 산세 탱크(100) 내 산세 용액(42)의 유리 질산으로부터 NO_x를 생성할 수 있다. 화학 반응에 의해 생성된 NO_x의 전부 또는 일부는 산세 탱크(100) 내 산세 용액(42) 위의 상부공간(44) 내 가스에 들어간다. 비록 시스템(113)은 산세 탱크(100)를 포함함에도 불구하고, 시스템(113)이 상이한 산세 장치, 가령 산세 욕 또는 산세 분사 기기를 비롯한 산세 장치를 포함하도록 개조될 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 비록 시스템(113)은 처리 물질이 산세 탱크(100)에 도입되도록 개조됨에도 불구하고, 시스템(113)이 산세 탱크와 연결된 별도의 이차 탱크 또는 구역에서 산세 용액이 처리 물질과 접촉하도록 변형될 수 있음이 이해될 것이다.

시스템(113)의 제1 챔버(200)는 NO_x-함유 기체 스트림 및 오존 기체를 포함하거나 오존 기체로 이루어진 기체 스트림을 수용하며 이들 스트림이 서로 혼합되도록 개조된다. 시스템(113)에서, NO_x-함유 기체는 산세 탱크(100)의 상부공간(44)으로부터 공급된다. 그렇지만, 만약, 예를 들어, 산세 용액 및 처리 물질이 이차 탱크 또는 구역에서 접촉한다면, NO_x-함유 기체가 반응이 일어나는 이차 탱크 또는 구역으로부터 부분적으로 또는 전부 공급될 수 있음이 이해될 것이다. 제1 챔버(200)는 적어도 제1 유입구(40) 및 제2 유입구(50)를 포함할 수 있고, 내강을 포함한다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(200)는 적어도 24 인치의 직경을 가질 수 있다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(200)는 적어도 200 피트 길이일 수 있다. 그렇지만, 제1 챔버(200)가 NO_x-함유 기체 스트림과 오존 포함 스트림을 서로 혼합하여 이를 통해 NO_x와 오존 사이의 반응을 촉진하기에 적합한 임의의 규모 및 설계를 가질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 제1 챔버(200)는 도 2에 예시된 시스템(13)과 연계하여 기술한 바와 같은 설계를 가지고 작동될 수 있다. 따라서, 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(200) 내부의 온도는 140℉ 미만일 수 있다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(200) 내의 압력은 10.5 수주 (인치) 진공일 수 있다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(200)를 통한 NO_x-함유 기체 및 오존 포함 기체의 유량은 적어도 500 입방 피트/분일 수 있다. 제1 챔버(200) 내부의 조건은 NO_x-함유 기체 스트림과 오존 포함 스트림 사이의 반응 및 제1 챔버(200)에서 형성된 물질들의 추가적인 반응이 촉진되어 질산이 생성되도록 선택될 수 있음이 이해될 것이다. 제1 챔버(200) 내부의 유량은 제1 챔버(200)에서의 적절한 체류 시간을 허용하도록 선택될 수 있다. 만약 제1 챔버(200) 내부의 체류 시간이 적절하지 않을 경우, NO_x-함유 기체 스트림 및 오존은 혼합되고 반응되는 것이 어려울 수 있다. 그러한 경우에, 제1 챔버(200) 내에 산화 생성물이 형성되지 않을 수 있지만, 그 대신 시스템(113)의 제2 챔버(300) 또는 제3 챔버(400)에서 형성될 수 있을 것이다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(200)에서의 체류 시간은 적어도 6 초이다.

NO_x-함유 기체 스트림은 바람직하게는 제1 유입구(40)를 통해 제1 챔버(200)로 이동하기 전에는 산세 탱크(100)의 상부공간(44)으로부터 세정기를 통해 통과하지 않는다. 그 대신, NO_x-함유 기체 스트림은 바람직하게는 산세 탱크(100)로부터 제1 유입구(40)를 통해 직접 이동하며 "선-처리"되지 않는다. 비록 시스템(113)이 산 세정 탱크(100)를 포함함에도 불구하고, 상이한 유형의 산세 장치가 NO_x-함유 기체 스트림을 발생시킬 수 있음이 명백할 것이다. 예를 들면, NO_x-함유 기체 스트림은 금속 또는 합금의 표면에 산 세정 용액의 분사가 가해지는 분사 산세 장치에 의해 발생될 수 있다. 특정한 구체예에서, 산세 탱크, 욕, 또는 분사는 티타늄, 티타늄 합금, 및 스테인리스 강 중에서 선택된 물질로부터 표면 불순물을 제거하기 위해 사용될 수 있다.

특정한 비-제한적인 구체예 시스템(113)에서, 산세 탱크(100) 내부의 산세 용액(리큐르)은 적어도 140℉의 온도를 갖는다. 그렇지만, 산세 용액이 관심의 금속 또는 합금을 산세하기 위해 적합한 임의의 온도를 가질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 특정한 비-제한적인 구체예에서, 산세 용액은 140℉ 미만의 온도를 가질 수 있다. 시스템(113)의 특정한 비-제한적인 구체예에서, 산세 탱크(100)는 적어도 5700 및 많게는 15,000 갤런의 산세 용액을 저장한다. 그렇지만, 산세 탱크(100)가 관심의 금속 또는 합금의 요망되는 표면 가공을 제공하기 위해 적합한 임의의 부피의 산세 용액을 저장할 수 있음이 이해될 것이다.

다시 도 4에 모식적으로 예시된 시스템(113)을 참조하면, 제1 유입구(40)는 수분 (물)의 공급원과 추가로 연결될 수 있다. 시스템(113)의 특정한 비-제한적인 구체예에서, 수분 및 NO_x-함유 기체 스트림은 예컨대, 유입구(40)일 수 있는 동일한 장소에서 제1 챔버(200)에 들어간다. 시스템(113)의 다른 비-제한적인 구체예에서, 수분 및 NO_x-함유 기체 스트림은 상이한 장소에서 제1 챔버(200)에 들어갈 수 있다. 또다른 비-제한적인 구체예에서, 제1 챔버(200)에 도입된 수분의 전부 또는 일부는 산세 용액(42)으로부터 물이 증발한 결과로서 생성된 NO_x-함유 기체 스트림의 일부일 수 있다.

시스템(113)의 챔버(200)로의 제2 유입구(50)는 오존의 공급원과 연결된다. 오존 공급원은 예를 들면, 오존 발생기 또는 오존을 만드는 또다른 공지된 기기 (도시되지 않음), 또는 오존 저장 기기일 수 있다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 오존 발생 기기는 산세 공정에 의해 발생된 NO_x-함유 기체를 처리하기 위해 요구되는 경우 오존이 발생될 수 있도록 "온-사이트"에 위치할 수 있다. 오존이 짧은 반감기를 가지기 때문에, 오존은 바람직하게는 제2 유입구(50)에 인접하여 생성된다. 예를 들면, 특정한 비-제한적인 구체예에서, 오존 발생 기기 또는 다른 오존 공급원은 제2 유입구(50)에 가까이 위치할 수 있다. 다른 비-제한적인 구체예에서, 오존 공급원은 제1 유입구(40) 및 제2 유입구(50)에 가까이 위치할 수 있다. 오존 공급원은 산세 탱크(100)로부터 제1 챔버(200)에 도입되는 NO_x-함유 기체 스트림을 처리하기에 적합한 임의의 농도로 오존을 포함하는 오존-함유 기체 스트림을 제공할 수 있다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제2 유입구(50)에서 제1 챔버(200)로 도입되는 기체 스트림 내 오존의 농도는 1 내지 16 부피 백분율의 범위일 수 있다.

시스템(113)의 특정한 비-제한적인 구체예에서, 오존 포함 기체가 제1 챔버(200)로 도입되는 제2 유입구(50)는, 제1 유입구(40)에서 산세 탱크(100)로부터 제1 챔버(200)로 들어가는 NO_x가 제2 유입구(50)에서 유입되는 오존과 접촉하고 적절히 반응하여 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물을 형성하도록, 제1 유입구(40)에 인접하게(즉, 가깝게) 위치할 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 제1 챔버(200) 내부에서 NO_x-함유 기체 스트림 내의 NO_x와 오존-함유 기체 스트림 내의 오존이 적합한 정도까지 반응하도록 하는, 제1 유입구(40)와 제2 유입구(50) 사이의 적합한 최소, 최대, 및/또는 범위의 거리를 쉽게 알아낼 수 있다. 시스템(13)의 설명과 연계하여 앞서 논의한 바와 같이, NO_x-함유 기체 스트림 내 NO_x가 제1 챔버(200)에서 오존과 반응하여 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물을 형성하는 정도는 기체의 유량, 체류 시간, 각각의 기체 스트림 내 NO_x 및 오존의 농도, 반응물질의 온도, 및 제1 챔버(200) 내부의 기체 스트림 사이에 발생하는 특정한 혼합 작용을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 많은 요인에 의존적이다. 당해 분야의 숙련가는 제1 챔버(200)에서 발생하는 반응 속도를 조정하고 NO_x-함유 기체 스트림 내 NO_x의 요망되는 수준의 전환을 얻기 위해 이들 변수 중 하나 이상을 적절히 조정하거나 영향을 줄 수 있다.

시스템(113)의 특정한 비-제한적인 구체예에서, NO_x-함유 기체 스트림은 제1 챔버(200)의 내강 내로 도입되고 내부의 오존과 접촉하기 전에는 세정기에서 처리되지 않는다. 또한, 시스템(113)의 특정 구체예에서, NO_x-함유 기체 스트림은 기체 스트림을 혼합하도록 개조된 기기를 이용하여 제1 챔버(200)에서 오존-함유 기체 스트림과 혼합된다. 예를 들면, NO_x-함유 기체 스트림은 정적 혼합기를 이용하여 오존-함유 기체 스트림과 혼합될 수 있다. 비록 정적 혼합기가 시스템(113)에서 필요하지 않다고 여겨짐에도 불구하고, 정적 혼합기를 제공하는 것은 시스템 효율을 개선하고, 제1 챔버(200)에 도입된 기체 스트림이 혼합되고 적절히 반응될 수 있도록 하기 위해 요구되는 제1 챔버(200)의 길이를 줄일 수 있다. 시스템(113)의 특정한 비-제한적인 구체예에서, 예를 들면, 정적 혼합기는 제1 유입구(40) 및 제2 유입구(50)에 가깝게 제1 챔버(200)에 위치하거나 연결될 수 있다. 시스템(113)의 특정한 비-제한적인 구체예에서, 정적 혼합기는 제2 유입구(50) 바로 뒤에 위치할 수 있다.

제1 챔버(200) 내에 형성된 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소 산화 생성물은 추가로 제1 챔버(200)의 내강에서 물과 반응하여 질산을 형성한다. 앞서 논의한 바와 같이, 제1 유입구(40)에서 제1 챔버(200)의 내강으로 도입된 물의 전부 또는 일부는, 예를 들면, 산세 탱크(100)로부터의 NO_x-함유 기체 스트림의 기존 성분인 수분 및/또는 하나 이상의 물 공급원과 연결된 제1 챔버(200)로의 하나 이상의 유입구로부터 제1 챔버(200)로 도입된 물일 수 있다. 가능한 물 공급원(60)이 도 4에 나타난다. 시스템(113)은 충분한 농도의 물이 제1 챔버(200) 내에 존재하여 제1 챔버(200)에서 산화 생성물과 적절히 반응하여 질산을 형성하도록 하는 임의의 적합한 방식으로 구성될 수 있음이 이해될 것이다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제1 유입구(40)는 물 공급원(60) 가까이에 위치할 수 있다. 특정한 다른 비-제한적인 구체예에서, 제1 유입구(40) 및 제2 유입구(50)는 물 공급원(60) 가까이에 위치할 수 있다. 시스템(113) 및 제1 챔버(200)의 특정한 설계는, 만일 그러하게 제공될 경우, 제1 챔버(200)에서 물 및 산화 생성물의 반응을 최적으로 촉진하게 하는, 제1 챔버(200)로의 하나 이상의 물 유입구의 최적 배치에 영향을 줄 것임이 이해될 것이다.

다시 도 4를 참조하면, 시스템(113)의 제2 챔버(300)는 제1 챔버(200)로부터의 하류에(즉, 기체 유동의 방향으로) 위치할 수 있다. 제1 및 제2 챔버(200), (300)는 바람직하게는 직접 유동적으로 연결되어 제1 챔버(200)로부터의 유출물은 제2 챔버(300)로 유동한다. 제2 챔버(300)는 제1 챔버(200)로부터 제2 챔버(300) 내로 들어온 유출물로부터 질산을 회수하도록 개조된다. 시스템(113)의 특정한 구체예에서, 제2 챔버(300)는 습분 제거장치일 수 있다

도 4에 예시되는 바와 같이, 특정한 비-제한적인 구체예에서, 시스템(113)의 제2 챔버(300)는 제3 유입구(70), 내강, 및 제2 챔버(300)의 내강으로부터 가용화된 질산이 수집되거나 회수되는 유출구(80)를 포함할 수 있다. 제3 유입구(70)는 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제2 챔버(300)의 내강으로 분사되는 수증기의 공급원과 연결된다. 제2 챔버(300)의 내강은 제1 챔버(200)로부터의 기체 유출물이 수증기와 접촉되어 이를 통해 제1 챔버(200)로부터의 기체 유출물 내의 질산이 수증기에 가용화되도록 개조된다. 가용화된 질산은 이후 수성 질산 용액으로서 수집되며 제2 챔버(300)의 하부로부터 유출구(80)를 통해 추출된다. 질산의 농도는 예를 들면, 시간이 흐름에 따라 시스템(113)으로 도입되는 물의 부피를 제어함으로써 조정될 수 있다. 예를 들면, NO_x-함유 기체 스트림의 한 성분으로서 및/또는 제1 챔버(200)와 연결된 하나 이상의 물 유입구를 통해 물을 비교적 높은 속도로 시스템(113)에 도입하는 것은, 시스템(113) 내에 형성된 및 이로부터 회수된 질산을 희석시킬 수 있다. 대안적으로, 시간이 흐름에 따라 시스템(113) 내에 더 적은 부피의 물을 도입하는 것은 시스템(113) 내에 형성된 및 이로부터 회수된 질산을 농축시킬 수 있다.

특정한 구체예에서, 회수된 질산은 산세 탱크(100)로 다시 재순환된다. 그러한 경우에, 예를 들면, 제2 챔버(300)로부터 회수된 질산의 전부 또는 일부는 파이프수송되거나 다른 방식으로 산세 탱크(100)로 다시 이동할 수 있고 추가적인 금속 또는 합금을 산세하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 제2 챔버(300)로부터 회수된 질산은 예를 들면 저장, 판매, 또는 적절히 처분될 수 있다. 다시 도 4를 참조하면, 시스템(113)은 임의로 제2 챔버(300)로부터의 하류에 위치하며 제2 챔버(300)로부터의 기체 유출물을 수용하는 제3 챔버(400)를 포함한다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 제3 챔버(400)는 세정기일 수 있다. 당해 분야에 공지되어 있는 바와 같이, 특정 구체예에서 세정기는, 만일 존재하는 경우, 습식 세정기 또는 건식 세정기일 수 있다. 제2 챔버(300)로부터의 기체 유출물은 미-반응된 질소 산화물, 제2 챔버(300)에 의해 포획되지 않은 질산, 제2 챔버(300)를 넘어서 시스템(113)의 영역에서 생성된 질산, 수은, 황산화물, 및/또는 제2 챔버(300)를 떠나는 기체 스트림으로부터 제거되는 것이 바람직한 동반된 입자상물질을 포함할 수 있다. 그러한 물질은 제3 챔버(400)에서 세정기를 이용하여 전부 또는 부분적으로 제거될 수 있다. 예를 들면, 제1 챔버(200)에서 산화 생성물로 전환되지 않은 질소 산화물은 미-반응된 채 제2 챔버(300)를 통과하고 제3 챔버(400)로 들어갈 수 있다. 그러한 미-반응된 질소 산화물은 제3 챔버(400)에서 기체 스트림으로부터 전부 또는 부분적으로 제거될 수 있다. 또한, 예를 들면, 제2 챔버(300)에서 회수되지 않은 질산은 도관(90)를 통해 제3 챔버(400)로 들어가고 제3 챔버(400)에서 부분적으로 또는 전부 수집될 수 있다.

특정한 비-제한적인 구체예에서, 제3 챔버(400)는 제4 유입구(110), 환경으로 기체를 방출하기 위한 최종 유출구(120), 및 제3 챔버(400)의 내강으로부터 폐기물을 수집하기 위한 제2 유출구(111)를 포함할 수 있다. 제3 챔버(400)가 습식 세정 기기인 구체예에서, 제4 유입구(110)는 세정기 용액의 공급원에 연결될 수 있다. 세정기 용액은 예를 들면, 물과 같은 비-가성 용액, 또는 물/수산화나트륨 용액과 같은 가성 용액일 수 있다. 특정한 비-제한적인 구체예에서, 특정한 세정기 용액은 제3 챔버(400)로 이동하는 미-회수된 질산을 중화하기 위해 세정기를 통해 재순환될 수 있다. 제1 유출구(112)는 제2 챔버(300) 또는 제3 챔버(400)에서 제거되지 않은 임의의 질소 산화물 (NO_x)을 방출한다. 제2 유출구(111)는 제3 챔버(400)로부터의 폐기물을 추출하기 위해 사용될 수 있고, 이러한 폐기물은 경우에 따라, 재사용되고 및/또는 처분될 수 있다.

도 4에 예시된 시스템(113)은 이것이 산세 탱크(100)에서 산세 용액(42) 내 유리 질산이 회수되는 것을 가능하게 하고, 요망되는 경우, 산세 용액(42)의 온도를 일반 산세 작업 작동 온도 아래의 온도까지 조절할 필요 없이 재사용되게 한다는 점에서 유익하다. 또한, 이러한 시스템(113)은 금속성 고체 및 다른 입자상물질을 산세 용액으로부터 여과할 필요 없이 산세 용액(42)으로부터 유리 질산을 회수한다. 시스템(13)과 연계하여 앞서 논의한 바와 같이, 도 4에 일반적으로 도시된 바와 같이 구성된 시스템은 24시간 동안 상당한 부피의 질산을 생산할 수 있다. 도 4에 일반적으로 나타난 바와 같이 구성된 장치는 1200 ppm NO_x를 포함하고 4,500 scfm (분당 표준 입방 피트)의 속도로 유동하는 폐 기체 스트림으로부터 많게는 1350 파운드/일의 질산(100% 산을 기준으로 하여)을 잠재적으로 회수할 수 있을 것이다. 시스템(113)에 의해 처리된 NO_x 기체는 일반 산세 공정에 의해 생성된 NO_x 및/또는 산세 용액(42)에 처리 물질을 도입함으로써 생성된 NO_x를 포함할 수 있음이 이해될 것이다. NO_x 기체의 공급원과 상관없이, 효과는 산세 공정에서 사용된 질산을 회수 및/또는 재생성하는 것이다.

본 개시는 다양한 예시적, 설명적, 및 비-제한적인 구체예를 참조로 하여 기술되었다. 그렇지만, 당해 분야의 숙련가는 임의의 개시된 구체예(또는 이들의 일부)의 다양한 치환, 변형, 또는 조합이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 만들어질 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 개시가 본 명세서에 명시적으로 제시되지 않은 추가적인 구체예를 아우름이 고려되며 이해된다. 그러한 구체예는 예를 들면, 본 명세서에 기술된 구체예의 임의의 개시된 단계, 성분, 구성요소, 특징, 양태, 특성, 한계, 등을 조합, 변형 또는 재구성함으로써 얻어질 수 있다. 이러한 관점에서, 본 출원인은 심사 도중에 본 명세서에 다양하게 기술된 바와 같은 특징을 추가하여 청구범위를 보정할 권리를 보유한다.

Claims

NO_x를 포함하는 기체 스트림을 처리하는 방법이되, 다음 단계를 포함하는 방법:
NO_x를 포함하는 기체 스트림을 오존과 접촉시키는 단계, 이를 통해 삼이산화질소(nitrogen sesquioxide) 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물이 형성됨;
적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소를 물과 반응시키는 단계, 이를 통해 질산이 형성됨;
적어도 일부의 질산을 수집하는 단계.
제1항에 있어서, NO_x를 포함하는 기체 스트림은 산 세정 용액으로부터 발생되는 방법.
제2항에 있어서, 산세 용액은 질산을 포함하는 방법.
제2항에 있어서, 산세 용액은 140℉ 이상의 온도를 가지는 방법.
제2항에 있어서, 산세 용액은 금속 및 합금 중에서 선택되는 물질을 처리하기 위해 사용되는 방법.
제5항에 있어서, 산세 용액은 스테인리스 강, 티타늄, 및 티타늄 합금 중에서 선택되는 물질을 처리하기 위해 사용되는 방법.
제1항에 있어서, NO_x를 포함하는 기체 스트림을 오존과 접촉시키는 단계는 NO_x를 포함하는 기체 스트림과 오존을 혼합하는 단계를 포함하는 방법.
제7항에 있어서, NO_x를 포함하는 기체 스트림과 오존을 혼합하는 단계는 정적 혼합기를 이용하여 혼합하는 것을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 적어도 일부의 질산을 수집하는 단계는 습분 제거장치(mist eliminator)를 이용하여 가용화된 질산을 수집하는 것을 포함하는 방법.
제9항에 있어서, 수증기는 습분 제거장치에 도입되는 방법.
제1항에 있어서, NO_x를 포함하는 기체 스트림을 발생시킨 공정 또는 장치로 질산을 재순환하는 것을 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서, NO_x를 포함하는 기체 스트림을 발생시킨 산 세정 탱크, 욕(bath) 또는 분사에 질산을 재사용하는 것을 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서, NO_x를 포함하는 기체 스트림의 유량은 500 입방 피트/분 이상인 방법.
NO_x를 포함하는 기체 스트림을 처리하기 위한 시스템이되:
하기를 포함하는 제1 챔버
NO_x를 포함하는 기체의 공급원과 연결된 제1 유입구,
오존의 공급원과 연결된 제2 유입구, 및
NO_x를 포함하는 기체가 오존과 접촉하여, 이를 통해 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물을 생성하도록 개조된 내강, 여기서 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소는 제1 챔버에서 물과 반응하여 질산을 형성함; 및
제1 챔버와 직접 유동적으로 연결되며 제1 챔버로부터의 기체 유출물을 수용하는 제2 챔버이되, 하기를 포함하는 제2 챔버
수증기의 공급원과 연결된 제3 유입구,
제1 챔버로부터의 기체가 수증기와 접촉하여, 이를 통해 제1 챔버로부터의 기체 유출물 내 질산이 수증기를 통해 가용화되도록 개조된 내강, 및
제2 챔버의 내강으로부터 가용화된 질산을 수집하기 위한 유출구
를 포함하는 시스템.
제14항에 있어서, 산세 탱크, 욕, 또는 분사 중 하나 이상을 더 포함하고, 여기서 산세 탱크, 욕, 또는 분사는 제1 유입구를 통해 제1 챔버로 도입되는 NO_x를 포함하는 기체 스트림을 발생시키는 시스템.
제15항에 있어서, 산세 탱크 또는 욕은 질산을 포함하는 산 세정 용액을 포함하는 시스템.
제15항에 있어서, 산세 탱크, 욕, 또는 분사는 금속 및 합금 중에서 선택되는 물질의 표면을 처리하기 위해 사용되는 시스템.
제15항에 있어서, 산세 탱크, 욕, 또는 분사는 스테인리스 강, 티타늄, 및 티타늄 합금 중에서 선택되는 물질의 표면을 처리하기 위해 사용되는 시스템.
제14항에 있어서, 제1 챔버는 NO_x를 포함하는 기체 스트림과 오존을 혼합하도록 개조된 정적 혼합기를 제1 챔버의 내강에 포함하는 시스템.
제14항에 있어서, 제1 챔버는 수증기의 공급원과 연결된 제3 유입구를 더 포함하는 시스템.
제14항에 있어서, 오존의 공급원은 오존 발생기인 시스템.
제14항에 있어서, 제2 유입구는 제1 유입구에 인접하게 위치하는 시스템.
제14항에 있어서, 제1 챔버의 직경은 24 인치 이상인 시스템.
제14항에 있어서, 제2 챔버는 습분 제거장치인 시스템.
제14항에 있어서, 세정기를 더 포함하고, 여기서 세정기는 가성 용액을 이용하여 질산을 중화시키는 시스템.
산 세정 용액으로부터 질산을 회수하기 위한 방법이되, 다음 단계를 포함하는 방법:
유리 질산을 포함하는 산세 용액에 하나 이상의 화학물질을 포함하는 처리 물질을 도입하는 단계, 여기서 처리 물질은 산세 용액 내 적어도 일부의 유리 질산과 반응하고 NO_x를 발생시킴;
적어도 일부의 NO_x를 포함하는 기체 스트림을 오존과 접촉시키는 단계, 이를 통해 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물이 형성됨;
적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소를 물과 반응시키는 단계, 이를 통해 질산이 형성됨;
적어도 일부의 질산을 수집하는 단계.
제26항에 있어서, 처리 물질은 황산제일철, 탄소 강, 및 철로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화학물질을 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 산세 용액은 산세 탱크 또는 욕에 배치되는 방법.
제26항에 있어서, 산세 용액은 분사 산세에서 사용되는 산세 용액인 방법.
제26항에 있어서, 처리 물질과 산세 용액간의 반응에 의해 생성된 적어도 일부의 NO_x은 산세 용액 위의 상부공간 내 기체에 들어가고, 여기서 기체 스트림은 상부공간으로부터의 NO_x를 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 산세 용액은 140℉ 이상의 온도를 가지는 방법.
제26항에 있어서, 산세 용액은 금속 및 합금 중에서 선택되는 물질을 처리하기 위해 사용되는 방법.
제26항에 있어서, 산세 용액은 스테인리스 강, 티타늄, 및 티타늄 합금 중에서 선택되는 물질을 처리하기 위해 사용되는 방법.
제26항에 있어서, NO_x를 포함하는 기체 스트림을 오존과 접촉시키는 단계는 NO_x를 포함하는 기체 스트림과 오존을 혼합하는 단계를 포함하는 방법.
제34항에 있어서, NO_x를 포함하는 기체 스트림과 오존을 혼합하는 단계는 정적 혼합기를 이용하여 혼합하는 것을 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 적어도 일부의 질산을 수집하는 단계는 습분 제거장치를 이용하여 가용화된 질산을 수집하는 것을 포함하는 방법.
제36항에 있어서, 수증기는 습분 제거장치에 도입되는 방법.
제26항에 있어서, 수집된 적어도 일부의 질산을 산세 용액으로 다시 도입하는 것을 더 포함하는 방법.
제26항에 있어서, NO_x를 포함하는 기체 스트림을 생성시킨 산 세정 탱크, 욕, 또는 분사에 질산을 재사용하는 것을 더 포함하는 방법.
제26항에 있어서, NO_x를 포함하는 기체 스트림의 유량은 500 입방 피트/분 이상인 방법.
NO_x를 포함하는 기체 스트림을 처리하기 위한 시스템이되:
a) 산세 욕, 산세 탱크, 및 산세 분사 기기 중에서 선택되는 산세 장치, 상기 산세 장치는 산 세정 용액을 포함하고, 하기를 포함하는 산세 장치
산 세정 용액과 접촉되도록 처리 물질을 도입하도록 개조된 유입구, 여기서 처리 물질은 질산과 반응하여 NO_x를 형성함, 및
NO_x를 포함하는 기체가 수집되는 상부공간;
b) 하기를 포함하는 제1 챔버
내강
산세 장치의 상부공간과 연결되고, 상부공간으로부터의 적어도 일부의 NO_x를 포함하는 기체를 내강으로 전달하도록 개조된 제1 유입구,
오존의 공급원과 연결된 제2 유입구, 및
여기서 내강은 NO_x를 포함하는 기체를 오존과 접촉시켜, 이를 통해 삼이산화질소 및 오산화질소를 포함하는 산화 생성물을 생성하도록 개조되고, 여기서 적어도 일부의 삼이산화질소 및 오산화질소는 제1 챔버에서 물과 반응하여 질산을 형성함; 및
c) 제1 챔버와 직접 유동적으로 연결되고 제1 챔버로부터의 기체 유출물을 수용하는 제2 챔버이되, 하기를 포함하는 제2 챔버
수증기의 공급원과 연결된 제3 유입구,
제1 챔버로부터의 기체가 수증기와 접촉하여, 이를 통해 제1 챔버로부터의 기체 유출물 내 질산이 수증기를 통해 가용화되도록 개조된 내강, 및
제2 챔버의 내강으로부터 가용화된 질산을 수집하기 위한 유출구
를 포함하는 시스템.
제41항에 있어서, 산세 장치는 질산을 포함하는 산 세정 용액을 포함하는 시스템.
제42항에 있어서, 산세 장치는 금속 및 합금 중에서 선택되는 물질의 표면을 처리하기 위해 사용되는 시스템.
제42항에 있어서, 산세 장치는 스테인리스 강, 티타늄, 및 티타늄 합금 중에서 선택되는 물질의 표면을 처리하기 위해 사용되는 시스템.
제41항에 있어서, 제1 챔버는 NO_x를 포함하는 기체 스트림과 제1 챔버의 내강 내 오존이 혼합되도록 개조된 정적 혼합기를 포함하는 시스템.
제41항에 있어서, 제1 챔버는 수증기의 공급원과 연결된 제3 유입구를 더 포함하는 시스템.
제41항에 있어서, 오존의 공급원은 오존 발생기인 시스템.
제41항에 있어서, 제2 유입구는 제1 유입구에 인접하게 위치하는 시스템.
제41항에 있어서, 제1 챔버의 직경은 24 인치 이상인 시스템.
제41항에 있어서, 제2 챔버는 습분 제거장치인 시스템.
제41항에 있어서, 세정기를 더 포함하는 시스템.
제41항에 있어서, 산 세정 용액과 접촉되도록 처리 물질을 도입하도록 개조된 유입구는 탱크, 욕, 또는 분사 기기에 처리 물질을 도입하는 시스템.
제41항에 있어서, 산세 장치는 산 세정 용액이 처리 물질과 접촉하는 처리 구역을 더 포함하는 시스템.
제41항에 있어서, 제2 챔버의 내강으로부터의 가용화된 질산이 산세 장치로 이송되도록, 제2 챔버의 유출구가 산세 장치와 유동적으로 연결된 시스템.