KR20170120678A - 고순도 기체 이산화염소를 제조하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

고순도 기체 이산화염소를 제조하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 고체 아염소산염 반응물은 오존-함유 반응 기체와, 또는 임의의 수산화물 부산물(예를 들면 이산화탄소)과 반응하는 성분 및 오존을 둘 다 함유하는 기체와 접촉하여 이산화염소를 생성시킨다. 상기 반응은, 과량의 아염소산염 반응물이 제공되게 하기 위해 그리고 오존이 생성물 기체를 통과하는 것을 방지하기 위해 감시되고 제어될 수 있다.

Description

고순도 기체 이산화염소를 제조하기 위한 방법 및 시스템

관련 특허원들에 대한 상호 참조

본 출원은 2015년 2월 26일자로 출원된 미국 가특허원 제62/121,173호 및 2015년 10월 8일자로 출원된 미국 특허원 제14/878,603호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 문헌의 전체 내용은 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.

이산화염소는 산업 분야에서 널리 사용된다. 이산화염소는 식수 및 폐수 처리 공정에서 소독제로 사용할 수 있다. 또한 이산화염소는 목재 펄프, 종이, 오일 및 밀가루 제조시 표백제로 사용할 수 있다.

이산화염소는 안정적이고 안전하게 운송하기가 어렵기 때문에 가장 흔하게는 현장에서 (즉, 사용되는 공장 또는 시설에서) 생성시킨다. 이산화염소를 제조하는 전통적인 방법은 액체 반응물 용액을 사용한다. 이러한 방법은 통상적으로 아염소산염(chlorite)을 산과 반응시키거나 또는 염소산염(chlorate)을 용액 중의 산 및 환원제와 반응시키는 것을 포함한다. 이러한 액체-기반 반응은 비효율적일 수 있으며, 통상적으로 염화물, 염소산염 및 황산염과 같은 상당한 수준의 불순물을 갖는 생성물을 생성시킨다. 또한, 강산의 부지내 저장(on-site storage)은 심각한 위험 및 규제 장애를 초래한다. 순수한 이산화염소는 탈기(gas stripping) 기술을 사용하여 제조할 수 있다. 그러나 이는 추가 비용과 설비를 필요로 하여 일반적으로 제조 공정을 더 복잡하게 만든다.

이산화염소를 제조하는 다른 방법은 고체상-기체상(solid phase-gas phase) 반응을 포함한다. 이러한 반응은 고체 아염소산나트륨을 고도로 반응성인 염소 기체와 반응시켜 상대적으로 순수한 이산화염소를 생성시킨다. 염소 기체는 극도로 위험해서 취급이 어렵다. 이와 같이, 이산화염소를 제조하는 방법은, 요구되는 규제 및 안전 절차로 인해 제조 설비로 통합하는 데 비용이 많이 들고 부담스럽다.

하나의 측면에서, 고순도 기체 이산화염소는 고체 아염소산염과 기체 오존을 반응시키는 안전하고 편리한 방법에 의해 제조될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 오존은 비교적 안전하며, 염소 기체의 실현 가능한 대체제이다. 오존은 질소, 산소 및 이산화탄소를 포함하는 대기 중에 존재하는 기체와 같은 다른 기체와의 혼합시 안정적이며, 수증기의 존재는 당해 반응을 실질적으로 손상시키지 않는다. 또한 고순도 기체 이산화염소의 제조는 이산화탄소의 존재하에 고체 아염소산염을 기체 오존과 반응시킴으로써 증가할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 양태는 다음과 같은 특징 및 이점을 제공할 수 있다:

1. 고순도 이산화염소가 생성될 수 있다;

2. 최종 생성물에는 실질적으로 클로라이트 이온, 클로레이트 이온, 퍼클로레이트 이온 또는 분자 염소가 생성되지 않는다;

3. 상기 시스템 및 방법은 저가이며 안전하고 간단하고 신뢰성 있다;

4. 전체 조작 범위에 걸친 턴다운(turndown)이 순도 손상 없이도 수행될 수 있다;

5. 재보정, 조정 또는 작업자 개입 없이도 실제 유량 페이싱(flow pacing)을 얻을 수 있다;

6. 반응기는 작은 장비 족적(equipment footprint)을 갖는다;

7. 표준 장비 모듈이 맞춤식으로 구성될 수 있다;

8. 액체 화학물질의 대량 저장이 필요하지 않다.

하나의 측면에서, 본 발명은, 고체 아염소산염 반응물을 오존-함유 기체와 접촉시키고 오존을 아염소산염 반응물과 반응시켜 기체 이산화염소를 생성시킴으로써 기체 이산화염소를 제조하는 방법에 관한 것이다. 생성되는 기체 이산화염소의 양을 증가시키기 위해, 오존은 이산화탄소의 존재하에 아염소산염 반응물과 반응할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 기체 이산화염소를 제조하기 위한 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은, 오존-풍부 기체를 생성시키도록 구성된 오존 발생기; 및 고체 아염소산염 반응물을 포함하고 (i) 오존 발생기로부터 오존-풍부 기체를 제공받아 (ii) 오존-풍부 기체 중에서 고체 아염소산염 반응물을 오존과 반응시킴으로써 생성되는 기체 이산화염소를 포함하는 기체 생성물을 배출하도록 구성된 반응기를 포함할 수 있다.

추가의 양태들 및 특징들은 아래의 상세한 설명에서 설명된다.

도 1은 오존 제조를 산소 수준의 함수로서 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 양태에 따라 이산화염소를 제조하는 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 3은 (실시예 3 실험에서의 아염소산염으로 입증된 바와 같은) 이산화염소 생성 속도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 (실시예 4 실험에 기재된 바와 같은) 이산화탄소 존재하의 이산화염소 생성 속도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 (실시예 5 실험에 기재된 바와 같은) 이산화탄소 존재하의 이산화염소 생성 속도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 (실시예 6 실험에 기재된 바와 같은) 다양한 양의 이산화탄소 존재하의 이산화염소 생성 속도를 나타낸 그래프이다.

본원에 기재된 바와 같이, 이산화염소 기체를 제조하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 당해 시스템 및 방법은 기체상 오존을 고체 아염소산염 매질과 반응시켜 기체 이산화염소를 제조하는 것을 포함한다. 오존 기체 공급원은, 기체상의 오존을 고체 아염소산염 매질 표면의 접촉 지점으로 공급한다. 오존 기체는 고체 아염소산염 매질의 표면과 반응하여 이산화염소 기체를 형성한다. 이어서 상기 기체 이산화염소는 물에 용해시켜 사용할 수 있거나 추후 사용을 위해 저장할 수 있다. 또는, 기체 이산화염소는 산업 공정의 수용 스트림(receiving stream)으로 직접 침착될 수 있다.

상기 시스템 및 방법은 또한 기체상 오존을 이산화탄소의 존재하에 고체 아염소산염 매질과 반응시켜 기체 이산화염소를 제조하는 것을 포함한다. 기체상 오존을 함유하는 제1 기체 스트림 및 이산화탄소를 함유하는 제2 기체 스트림이 조합되어 고체 아염소산염 매질의 표면에 노출된 반응 기체(reactant gas)를 형성할 수 있다. 반응 기체 내의 오존은 고체 아염소산염 매질의 표면과 반응하여 이산화염소 기체를 형성한다.

후술되는 바와 같이, 상기 시스템 및 방법은 반응을 감시하고 제어하기 위한 다양한 기술을 포함할 수 있다.

기체상 오존을 고체상 아염소산염 물질과 반응시켜 고순도 이산화염소 기체를 제조하는 방법이 제공된다. 하나의 양태에서, 오존 기체는 고체상 아염소산나트륨과 반응하여 이산화염소 기체를 형성한다. 가능한 반응 메카니즘에서, 상기 반응은 부가적으로 오존화 부산물(ozonide byproduct)을 형성한다. 예를 들면, 상기 반응은 다음과 같이 진행될 수 있다:

O_{3 (기체)} + Na₂ClO_{2 (고체)} = ClO_{2 (기체)} + NaO_{3 (고체)}

이론에 얽매이지 않고, 기체상 오존을 고체상 아염소산염 물질과 통상적으로 반응시키면 기체상 이산화염소 및 고체상 오존화나트륨(sodium ozonide) 부산물 둘 다가 생성되는 것으로 여겨진다. 오존화나트륨 부산물은 결국 수산화나트륨과 산소 기체로 분해된다. 소량의 과산화나트륨 또한 당해 반응의 부산물로 생성될 수 있다. 과산화나트륨은 황색/오렌지색 고체 부산물로 관찰될 수 있다. 그러나, 상기 부산물은 분해되는 것으로 보이며 색이 사라진다.

오존 기체는 임의로 다른 기체를 함유하는 오존 기체 공급원(오존-함유 기체)에 제공될 수 있다. 오존 기체 공급원을 고체상 아염소산염 물질로 도입하기 전에 이산화탄소를 오존 기체 공급원에 첨가하거나, 이산화탄소를 반응 용기에 또는 고체상 아염소산염 물질과의 접촉 지점에 개별적으로 도입할 수 있다.

예를 들면, 산소를 오존 발생기를 통해 공급하여 산소 중 일부를 오존으로 전환시킬 수 있다. 이어서 이산화탄소를 생성된 오존 기체 공급원(산소 및 오존 둘 다를 함유함)에 첨가하여 산소, 오존 및 이산화탄소를 함유하는 반응 기체를 제공할 수 있다. 반응 기체를 반응 용기 내에서 고체 아염소산염 매질로 도입할 수 있으며, 접촉시, 반응 기체 내의 오존은 고체 아염소산염 매질과 반응하여 이산화염소 기체를 형성할 것이다. 이산화염소 기체는 산소 (존재하는 경우) 및 임의의 잔여 이산화탄소와 함께 반응 용기를 빠져나간다.

또는, 이산화탄소를 반응 용기에서 또는 고체상 아염소산염 물질과의 접촉 지점에서 오존 기체 공급원에 첨가할 수 있다. 이 경우, 오존 기체 공급원을 함유하는 기체 스트림 및 이산화탄소를 함유하는 기체 스트림이 반응 용기에 개별적으로 도입되어, 고체 아염소산염 매질이 존재하는 반응 용기 내에서, 조합된 반응 기체를 형성한다. 반응 기체 내의 오존은 고체 아염소산염 매질과 반응하여, 이산화탄소의 존재하에 이산화염소 기체를 형성할 것이다.

상기한 바와 같이, 오존은 고체 아염소산염 매질과 반응하여 기체상 이산화염소를 생성시키며, 아염소산나트륨이 사용되는 경우에는, 고체상 나트륨 오존화 부산물을 생성시킨다. 상기 나트륨 오존화 부산물은 결국 수산화나트륨과 산소 기체로 분해된다. 소량의 과산화나트륨 또한 당해 반응의 부산물로 생성될 수 있다. 이산화탄소의 존재하에 수산화나트륨과 임의의 과산화나트륨은 탄산나트륨으로 전환되며 이는 취급하기에 안전하다. 다른 성분들을 반응 용기에 첨가하여 수산화나트륨 및/또는 과산화나트륨과 반응시켜, 당해 반응 용기에서 이들 성분을 제거 또는 감소시킬 수 있다.

이산화염소의 제조에 필수적이지는 않지만, 반응 기체에 이산화탄소가 포함되면 상당히 더 높은 수율이 초래될 수 있다. 당해 효과는 (공기가 아닌) 산소 기체가 오존 제조에 사용될 때 더욱 두드러진다. 이론에 얽매이지 않고, 이산화탄소는, 고체 아염소산염 매질과 오존 사이의 접촉을 촉진시켜, 오존이 아염소산염 물질에 효과적으로 침투하여 이에 따라 이산화염소의 추가의 반응 및 생성을 촉진시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 아염소산나트륨이 이산화탄소의 부재하에 오존과 반응할 때, 수산화나트륨 반응 생성물은 아염소산나트륨에 걸쳐 보호 광택(protective gloss)을 형성하여, 아염소산나트륨과 오존 사이의 완전한 반응을 저해하는 것으로 여겨진다. 반면, 이산화탄소가 반응 기체 내에 존재할 때 아염소산나트륨은 오존에 노출된 채로 남아있다.

오존이 최소 임계량(threshold amount)으로 반응물 스트림 내에 존재하는 한, 오존 기체 공급원은 임의의 적합한 수단에 의해 제공될 수 있다. 예를 들면, 오존은 저장 용기에 저장된 미리 제조된 오존 기체 공급원으로부터 유래될 수 있다. 오존은 또한 자외선(UV) 광 발생기, 코로나 방전 발생기 또는 저온 플라즈마 발생기에 의해 사용되는 것과 같은 종래의 오존 발생 방법을 사용하여 오존 발생기에 의해 제공될 수 있다. 이들 발생기는 단지 오존을 발생시키기 위해 이용 가능한 기술을 예시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.

일반적으로, 오존 발생기는 O₂를 O^- 이온으로 전환시키고 이를 O₂와 반응시켜 O₃를 생성시킴으로써 오존을 생성시킨다. 오존 발생 시스템은 산소-함유 기체 공급원을 필요로 할 수 있으며, 산소-함유 기체 공급원 내의 산소 농도는 오존의 생성 속도에 영향을 끼칠 수 있다. 기타 인자들은 산소-함유 기체의 습도, 순도 및 온도를 포함한다. 이들 파라미터는 어떤 오존 발생 시스템이 사용되는지에 따라 최적화되어야 한다. 산소-함유 기체 공급원은 주위 공기(대략 23중량%의 산소를 함유함) 또는 정제된 산소(대략 95중량%의 산소를 함유함)를 포함하는 다양한 공급원으로부터 오존 발생기에 공급될 수 있으며, 후자는 산소 발생기에 의해 생성될 수 있다. 오존 발생기로 공급되는 산소-함유 기체 공급원은 바람직하게는 10 내지 100중량%, 더욱 바람직하게는 60 내지 100중량%, 더욱 바람직하게는 80 내지 100중량%, 더욱 바람직하게는 90 내지 100중량%, 더욱 더 바람직하게는 95 내지 100중량% 범위의 산소 농도를 가질 수 있다.

오존을 생성시키기 위한 UV 발생 기술에서, 240nm 미만의 파장에서 발광하는 UV 램프가 O₂를 O₃으로 전환시키는데 사용된다. UV 광 발생은 저렴하며, 더 적은 양의 오존을 필요로 하는 보다 작은 시스템에 유리하다. 도 1은 UV 광 오존 발생기로부터의 오존 생성 곡선을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 오존 생성은 산소-함유 기체 공급원의 산소 농도가 증가함에 따라 증가한다. 또한 오존 생성은 UV 오존 발생기의 kWh/h가 증가함에 따라 증가한다.

코로나 방전(corona discharge)(CD) 발생은, 냉간 건조(cold dry) 산소-함유 기체를 전기장을 통과시킴으로써 오존을 생성시킨다. CD 생성에는, 저주파 발생(50 내지 100Hz), 중주파 발생(100 내지 1000Hz) 및 고주파 발생(1,000+ Hz)의 세 가지 유형이 있다. 수분은 질산 생성을 유발시킬 수 있고 질산 생성은 CD 발생기의 내부 메커니즘의 부식을 초래할 수 있으므로, CD 발생기에 공급하는 산소 공급원은 바람직하게는 실질적으로 수분이 없다. 또한, 효율적으로 오존을 생성시키기 위해 CD 발생기는 시원한 공기(cool air)를 필요로 한다.

상기 언급한 오존 기술 중 명백한 이점을 가진 것은 없으며, 필요하다면 본원에 개시된 시스템 및 방법에 오존 발생을 위한 임의의 공지된 시스템을 다양하게 포함시킬 수 있다. 사용하는 오존 기체 공급원에 대한 결정은, 오존 기체 생성 속도, 비용, 물리적 족적(physical footprint), 통합 용이성, 및 산소-함유 기체의 공급원을 포함하는 다수의 인자들에 의해 결정된다.

이들 공급원으로부터 유래된 오존 기체는 종래의 수단에 의해 파이프 또는 배관을 통해 반응 영역 내로 추진되거나 배출될 수 있다.

오존 발생기는 0.001 내지 100kg/hr, 0.05 내지 50kg/hr, 0.5 내지 20kg/hr, 및 1 내지 10kg/hr 범위의 오존 생성 용량을 제공할 수 있다. 기체상 이산화염소를 생성시키기 위해 특정 농도의 오존 기체가 요구되지는 않지만, 오존이 충분한 농도로 제공되어야, 반응이 개시되어 원하는 양의 이산화염소가 발생하게 된다. 예를 들면, 기체 반응물 스트림은 오존을 5ppm 내지 250,000ppm, 10ppm 내지 100,000ppm, 250ppm 내지 10,000ppm, 또는 500ppm 내지 5,000ppm 범위의 농도로 포함할 수 있다. 생성된 이산화염소의 양은, 고체 아염소산염 물질과 반응하는 오존의 농도를 포함하는 다양한 파라미터의 함수이다.

반응에 제공되는 오존의 양은 시스템에 존재하는 오존을 파괴하는 오존 파괴자(destructor)의 사용을 통한 오존 파괴에 의해 제어될 수 있다. 오존 파괴자는 반응을 종결시키고 시스템에 존재하는 과량의 오존을 제거하여 아염소산염 매질의 초과 소비를 방지하는 데 유용하다. 오존 파괴자는 예를 들면 산화마그네슘과 같은 촉매 형태일 수 있다. 다른 오존 파과자가 사용될 수 있다.

오존은, 반응 기체를 고체상 아염소산염 반응물 매질에 통과시킴으로써 반응한다. 고체 상 아염소산염 반응물은 충전 층(packed bed), 컬럼, 드럼 등과 같은 반응기에 포함될 수 있다. (이산화탄소도 포함할 수 있는) 오존-함유 반응물 스트림이 반응기의 한쪽 단부로 공급될 수 있으며, 기체상 이산화염소 생성물이 반응기의 나머지 단부로부터 취해질 수 있다. 당해 구성에서, 반응 기체로부터의 압력은, 이산화염소 생성물 기체를 반응기를 통해 밀어넣으며 오존이 이산화염소와 혼합되는 것을 실질적으로 방지한다. 오존은 이산화염소 생성물과 반응하여 이산화염소를 열화시키고 원치 않는 부산물을 생성시킬 수 있다. 상기 반응기는 바람직하게는 오존-함유 반응 기체가 이산화염소 기체와 혼합되지 않도록 구성된다.

오존은 이산화탄소의 존재하에 고체상 아염소산염 매질과 반응할 수 있다. 이산화탄소가 반응 기체 내에 최소 임계량으로 존재하는 한, 이산화탄소 기체 공급원(이산화탄소-함유 기체)이 임의의 적합한 수단에 의해 제공될 수 있다. 예를 들면, 이산화탄소는 저장 용기에 저장된 미리 제조된 이산화탄소 기체 공급원으로부터 유래되거나 현장에서 생성시킬 수 있다. 이산화탄소는 공기로부터의 증류를 통해 또는 탄소계 연료(예를 들면, 메탄, 가솔린, 디젤, 케로신, 프로판, 석탄, 목재 또는 기타 유기물)의 연소에 의해 얻을 수 있다. 또한, 이산화탄소는 다른 반응에 의해 생성된 재활용 폐기물일 수 있다.

상기한 바와 같이, 오존 기체 공급원을 고체상 아염소산염 물질로 도입하기 전에, 또는 별도로 반응 용기 내에서 또는 고체상 아염소산염 물질과의 접촉 지점에서, 이산화탄소 기체 공급원을 오존 기체 공급원에 첨가(혼합 또는 조합)하여, 오존과 이산화탄소를 둘 다 함유하는 반응 기체를 생성시킬 수 있다. 이산화탄소 기체 공급원은 1중량% 이상의 이산화탄소 농도를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 농도는 바람직하게는 10 내지 100중량%, 더욱 바람직하게는 50 내지 100중량%, 더욱 바람직하게는 70 내지 100중량%, 더욱 바람직하게는 90 내지 100중량%, 더욱 더 바람직하게는 95 내지 100중량% 범위일 수 있다. 상기 조합된 반응 기체는 이산화탄소를 0 내지 75중량%, 10 내지 60중량%, 또는 20 내지 50중량% 범위의 농도로 포함할 수 있다. 반응 기체 내의 오존에 대한 이산화탄소의 중량 비는, 예를 들면, 0:1 내지 25:1, 0.25:1 내지 15:1, 0.5:1 내지 10:1, 또는 1:1 내지 5:1일 수 있다.

고체상 아염소산염 반응물 매질은 아염소산나트륨, 아염소산암모늄, 아염소산칼륨, 아염소산마그네슘, 아염소산리튬, 아염소산칼슘 또는 이들의 적절한 조합물과 같은 아염소산염 염을 포함할 수 있다. 예를 들면, 아염소산염 반응물 매질은 10 내지 99.9중량%의 아염소산염 염, 50 내지 99.9중량%의 아염소산염 염, 80 내지 99.9중량%의 아염소산염 염, 및 90 내지 99.9중량%의 아염소산염 염을 함유할 수 있다.

아염소산염 매질은 아염소산염 성분과 비반응성 또는 불활성 성분의 배합물 또는 혼합물일 수 있다. 아염소산염 염은 열 또는 압축 하에 불안정할 수 있으며, 아염소산염을 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 황산나트륨, 염화나트륨 등과 같은 불활성 성분("안정화제")과 조합하는 것이 유익할 수 있다. 아염소산염 매질은 또한 다양한 불순물을 가질 수 있다. 하나의 알려진 불순물은 수산화나트륨이다. 아염소산염 매질 순도의 조정은 이산화염소의 생성 속도에 영향을 끼칠 수 있다. 예를 들면, 아염소산염 매질의 순도가 커질수록 이산화염소의 생성 속도는 증가할 수 있다.

이산화염소의 생성 속도는 고체 아염소산염 매질의 형태 및 순도를 조정함으로써 제어될 수 있다. 입자가 작으면 표면적이 증가하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 아염소산염 매질의 입자 크기가 작을수록 오존이 반응하여 이산화염소를 생성할 수 있는 반응 표면적이 커질 것이다. 따라서, 아염소산염 매질의 입자 크기를 조정함으로써 이산화염소 기체의 생성 속도를 제어할 수 있어, 입자 크기의 감소는 통상적으로 이산화염소의 생성 속도를 증가시킬 것이고 입자 크기의 증가는 이산화염소의 생성 속도를 감소시킬 것이다. 그러나, 반응물 및 생성물 기체가 입자를 쉽게 통과할 수 있도록, 아염소산염 매질은 바람직하게는 약간의 입도를 갖는다. 아염소산염 매질이 지나치게 미세하면, 상기 매질은 반응기에 배압(back pressure)을 일으킬 수 있다. 따라서, 고체상 아염소산염 매질은 원하는 이산화염소 생성 속도를 달성하기 위해 임의의 적합한 고체 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면, 일부 양태에서, 고체 아염소산염 매질은 블럭 형태, 과립 형태, 펠릿 형태, 분말 형태 또는 이들의 적절한 조합일 수 있다. 하나의 양태에서, 아염소산염 매질은 0.1mm 내지 30mm, 1mm 내지 10mm, 또는 2mm 내지 7mm 범위의 평균 입자 크기를 갖는 아염소산염 염 과립 또는 펠릿을 포함한다.

하나의 양태에서, 반응 용기 및 복수의 유입/유출 밸브를 포함할 수 있는 시스템이 제공된다. 반응 용기는 적어도 하나의 반응 챔버를 포함한다. 고체 아염소산염 매질이 반응 챔버 내에 함유된다. 아염소산염 매질은 자체 지지될 수 있거나 또는 베드(bed), 트레이(tray), 일련의 적재된 트레이 등에 지지될 수 있다.

오존 기체는 오존 기체 공급원으로부터 유입/유출 밸브를 통해 반응 챔버로 선택적으로 공급될 수 있거나, 이산화탄소 또는 산소와 같은 다른 기체와의 기체 혼합물/배합물로서 함께 공급될 수 있다. 오존-함유 기체는 반응 챔버 내의 고체 아염소산염 매질과 접촉하게 되어 이들과 반응하여 이산화염소 기체가 생성된다.

캐리어 기체를 포함하지 않는 이산화염소 생성물 기체는 75중량%가 넘는, 90중량%가 넘는, 95중량%가 넘는, 그리고 바람직하게는 99중량%, 99.5중량% 또는 99.9중량%가 넘는 순도를 가질 수 있다. 즉, 수성 이산화염소를 생성하기 위해 반응하는 아염소산염 수용액과는 달리, 본원의 양태는 생성물 스트림에서 매우 소량의 원치 않는 부산물과의 반응을 제공한다.

이산화염소는, 예를 들면 시간당 1mg 내지 100kg, 시간당 10mg 내지 10,000mg, 또는 시간당 100mg 내지 1,000mg을 포함하는, 반응에 의해 지지되는 임의의 원하는 속도로 생성될 수 있다. 본원의 양태에 따르면, 이산화염소는 상업적으로 입수가능한 이산화염소 용액의 대략 1/10의 비용으로 생성될 수 있다

이산화염소 기체는 반응 챔버로부터 수용 스트림 또는 액체 저장 매질로 사이퍼닝(siphoning)하기 전에 캐리어 기체와 혼합될 수 있다. 캐리어 기체는 오존-함유 반응 기체로부터 옮겨질 수 있다. 적합할 수 있는 통상의 캐리어 기체는 헬륨, 질소, 산소, 아르곤, 수소, 공기 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 이산화염소 기체는 약 8중량% 이상의 양으로 휘발성일 수 있으므로, 바람직하게는 캐리어 기체는, 이산화염소의 절대 농도가 5중량% 미만이 되도록 하는 양으로, 바람직하게는 10ppm 내지 5,000ppm, 또는 100ppm 내지 1,000ppm의 양으로 생성물 기체에 포함된다.

이산화염소 생성물 기체는 유입/유출 밸브 중 하나를 통해 반응 챔버로부터 수용 스트림(예를 들면, 산업 공정의 스트림)으로 또는 액체 저장 매질로 직접 사이퍼닝될 수 있다. 액체 저장 매질은 기체 이산화염소를 용해시킬 수 있는 임의의 적합한 액체 형태일 수 있다. 예를 들면 기체 이산화염소는 물에 용해시켜 추후 사용을 위해 저장 탱크에 보관할 수 있다. 이산화염소는 50 내지 6,000mg/L, 500 내지 5,000mg/L, 1,500 내지 4,000mg/L 범위의 농도로 액체 매질에 존재할 수 있다. 이산화염소는 예를 들면 물에서의 소독 능력(disinfectant capability)을 0.1ppm 정도로 낮게 가지며, 이에 따라 액체 매질은, 이산화염소가 유용한 양으로, 예를 들면 0.1mg/L 내지 100mg/L 또는 0.1mg/L 내지 100mg/L로 존재하도록 희석될 수 있다. 유사하게, 액체 매질 또는 생성물 기체를 수용 스트림에 첨가하여, 이산화염소가 0.1mg/L 내지 100mg/L 또는 0.1mg/L 내지 10mg/L 범위의 농도로 스트림에 존재하게 될 수 있다.

상기 반응에서 생성된 이산화염소는 고순도 이산화염소를 소독제로서 공급하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면 이산화염소는 다음의 것을 제공할 수 있다:

- 개방된 재순환(open recirculating) 냉각 및 공정 용수의 소독;

- 폐쇄 루프(closed loop) 냉각 및 공정 용수의 소독;

- 제지 공정에서의 물 소독;

- 식수의 소독;

- 수영장 및 온천수의 소독;

- 선박으로부터의 평형수(ballast water)의 소독;

- 과일 및 야채 세척에 사용되는 물의 소독;

- 경질 표면(hard surface)의 소독; 및

- 양조(brewing), 저온살균(pasteurization), 통조림제조(canning) 및 정수기(hydrostatic cooker)와 같은 열전달 분야에서 사용되는 물의 소독.

이산화염소는 또한 다음의 것을 제공할 수 있다:

- 시안화물, 황화수소, 이황화탄소 및 머캅탄을 포함한 공기유래 또는 액체상 오염 물질의 파괴;

- 질병을 일으키거나 다른 생물학적 위험을 야기하는 병원성 유기체의 파괴;

- 의료 기기 멸균 또는 소비제에 사용되는 에틸렌 옥사이드의 대체;

- 케로신 중의 황의 제거 (예를 들면, 1,000 내지 5,000mg/L의 이산화염소를 포함하는 액체 조성물을 사용함으로써);

- 에어 덕트(air duct), 지하실(basement) 및 증기상(vapor phase)에서의 곰팡이(mold) 및 흰곰팡이(mildew) 관리용 훈증제(fumigant);

- 포름알데히드계 훈증제를 대체하는 부화장(hatchery)용 훈증제; 및

- 화학적 선택 산화.

반응 시스템은 복수의 감시기(monitor), 제어기(controller) 및 경보 표시기(alarm indicator)를 포함하는 모니터링 시스템을 포함할 수 있다. 모니터링 시스템은 반응물 스트림 내의 오존 농도, 반응물 스트림 내의 캐리어 기체 농도, 고체 아염소산염 매질의 중량, 및/또는 생성물 스트림 또는 액체 매질 내의 이산화염소 기체의 농도를 선택적으로 감시하도록 구성된다.

감시기는 반응 용기 내에 또는 선택적 유입/유출 밸브에 포함될 수 있다. 감시기는 오존 또는 이산화염소의 농도를 측정하기 위해 상기 시스템 내에서 기체 샘플을 취하도록 구성될 수 있으며, 고체 아염소산염 매질의 중량을 측정하기 위한 저울을 포함할 수 있다. 고체 아염소산염 매질이 오존과 반응하면 이의 중량이 감소한다.

모니터링 시스템은 기체 샘플을 분석하고 기체 샘플의 성질에 관한 분석 데이터를 생성하도록 구성된다. 기체 샘플을 분석하는데 다양한 기술과 장비를 사용할 수 있다. 예를 들면, 모니터링 시스템은 전도도, 색, pH, 염료 첨가, 이온 농도(ISE를 통해), 및 용액에서 오존 또는 이산화염소를 검출하기 위한 기타 파라미터를 측정 할 수 있다. 모니터링 시스템은 또한 기체상 및 용액 둘 다에서 이산화염소 또는 오존을 측정하기 위한 분광광도계를 포함할 수 있다. UV 분광법에 의해 오존은 260nm에서 기체상에서 측정될 수 있고 이산화염소는 359nm에서 기체상에서 측정될 수 있다.

모니터링 시스템에 의해 얻어지는 분석 데이터는, 분석 데이터가 반응물 또는 생성물이 소정의 임계값을 벗어나는 양으로 존재하는 것으로 측정할 때와 같이, 제어기 및 경보 표시기를 활성화시키는 단계에서 사용될 수 있다.

제어기는 각각의 유입/유출 밸브를 통해 기체 유량을 조절할 수 있다. 제어기는 또한 오존 생성 발생기의 작동을 제어한다. 예를 들면, 제어기는 각각의 유입/유출 밸브의 개구를 선택적으로 넓히거나 좁혀 각각의 유입/유출 밸브를 통한 기체 유속을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 제어기는 또한 예를 들면 오존 발생기로의 동력원을 제어함으로써 오존 발생기를 선택적으로 작동시킬 수 있다. 제어기는 수동으로 제어되거나 컴퓨터 프로세서를 통해 자동으로 제어될 수 있다. 예를 들면, 시스템 내의 오존 농도의 측정은 오존 생성 발생기에서 오존의 생성을 상향 조절 또는 하향 조절하는데 사용될 수 있어, 오존 생성 발생기에 의해 시스템에 제공된 오존 농도를 제어하며, 이에 따라 이산화염소의 다운스트림 생성 속도를 제어한다. 예를 들면, 모니터링 시스템이 상기 시스템 내에서 오존의 소정의 임계 농도를 초과하는 높은 오존 농도를 측정하는 경우, 제어기가 작동하여 상기 시스템으로의 오존의 유동을 감소시키거나 오존 발생기를 끌 수 있다. 또는, 경보 표시기가 활성화되어, 특정 기능을 수행할 시간임을 사용자에게 알릴 수 있다.

하나의 예로서, 모니터링 시스템은 아염소산염 매질의 중량이 지나치게 낮거나 아염소산염 매질이 소모되어 사용자가 아염소산염 컬럼 또는 드럼을 교체할 수 있음을 나타내는 경보를 울릴 수 있다. 임의로, 상기 시스템은 더 많은 아염소산염 매질을 반응 용기에 첨가하기 위한 제어 조작을 촉발시킬 수 있다. 아래의 예에 나타낸 바와 같이, 아염소산염 매질이 특정 임계값을 초과하여 소비되면, 과량의 오존 기체가 생성되는 이산화염소를 실제로 열화시킬 수 있다. 따라서, 일정한 고농도의 생성물 스트림을 제공하기 위해, 과량의 아염소산염 매질이 오존 반응물 전부를 실질적으로 소비하도록 존재하게 하는 것이 바람직하다. 이러한 유형의 제어 입력으로서, 액체 매질 중의 이산화염소의 농도를 측정할 수 있다. 상기 농도가 감소하기 시작하면(예를 들면, 이의 최고 농도로부터 2 내지 30% 감소, 또는 상기 최고 농도로부터 5 내지 15% 감소) 상기 시스템은 제어 조작 또는 경보 조작을 촉발시켜 더 많은 아염소산염 반응물이 첨가되게 할 수 있다. 또한, 액체 매질이 이산화염소 기체를 수집하는데 사용되면, 과량의 오존이 액체의 전도도를 증가시킬 것이다. 따라서, 상기 시스템은 액체 매질을 감시하여, 액체의 전도도가 임계값 이상으로 증가하면 경보 또는 제어 조작을 촉발시킬 수 있다.

이산화염소 시스템의 하나의 양태가 도 2에 예시되어 있다. 당해 시스템은 오존 발생기, 반응 용기, 및 감시기 및 제어기를 포함하며, 각각은 작동 통신상태(operational communication)에 있다. 상기 시스템은 오존-함유 기체 스트림에 커플링된 이산화탄소 기체 공급원을 임의로 포함할 수 있다. 오존 발생기는 오존 기체를 생성시켜 이를 반응 용기의 제1 말단 내로 전달하도록 구성된다. 이산화탄소 기체는 (도 2에 도시된 바와 같이) 오존 기체 스트림과 조합 또는 혼합될 수 있거나, 반응 용기에 별도로 제공될 수 있다. 아염소산염 매질은 반응 용기 내에 배치된다. 오존(및 임의로 이산화탄소)이 아염소산염 매질과 접촉하면 이산화염소 기체가 생성된다. 이산화염소 기체는 반응 용기의 제2 단부에서 반응 용기로부터 액체 저장 매질 또는 수용 스트림으로 배출된다. 감시기 및 제어기는 상기 시스템과 완전히 통합되며, 이산화염소 기체와 오존 기체의 양 및 아염소산염 매질의 중량에 대한 감시기를 포함한다. 감시기 및 제어기는 오존 발생기의 오존 기체 생성 속도, 오존 발생기의 전원 공급기, 오존 발생기를 위한 산소-함유 기체 공급원의 공급기, 반응 용기 내의 아염소산염 매질의 공급기, 및 경보 표시기를 제어할 수 있다.

실시예

하기 실시예는 본 발명을 보다 충분히 예시하기 위해 제공되지만, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

실시예 1

아래의 실시예에서, 전체 용량(full capacity)으로 작동하는 시간당 8g 오존 발생기를 사용하였다. 주변 공기를 산소 공급원으로 사용하여, 오존 발생기는 시간당 대략 2g의 오존을 생성시켰다. 기체상 오존을 플라스틱 튜브 내에 현탁된 5g의 무수 아염소산나트륨에 걸쳐 통과시킴으로써 상기 기체상 오존을 아염소산나트륨과 반응시켰다. 반응은 실온에서 발생하였으며 가압되지 않았다. 생성된 기체를 수용액에서 연속으로 수집하고 다양한 시간 간격으로 샘플링하였다. 각 샘플에 존재하는 이산화염소의 농도를 측정하였다. 표 1에 따른 결과는 다음과 같다.

실시예 2

또 다른 예에서, 전체 용량으로 작동하는 시간당 8g 오존 발생기를 사용하였다. 정화된 산소 공급원을 사용하여, 오존 발생기는 시간당 대략 8g의 오존을 생성시켰다. 오존 발생기에 의해 생성된 기체 오존을 플라스틱 튜브 내에 현탁된 100g의 무수 아염소산나트륨에 걸쳐 통과시킴으로써 상기 기체상 오존을 아염소산나트륨과 반응시켰다. 생성된 기체를 수용액에서 연속으로 수집하고 다양한 시간 간격으로 샘플링하였다. 각 샘플에 존재하는 이산화염소의 농도를 측정하였다. 표 2에 따른 결과는 다음과 같다.

상기 나타낸 바와 같이, 생성된 이산화염소의 양은 상기 반응에 존재하는 아염소산나트륨의 양 및 아염소산나트륨과 반응하는 오존의 농도와 직접적으로 상관관계가 있다.

표 1은 이산화염소 생성이 최대에 도달하였음을 보여주며, 그 후, 아염소산염 매질이 반응에 의해 소비되고 오존이 이산화염소를 파괴하는 수용액에 도입된 것으로 간주된다. 표 2는 상기 반응에서 아염소산나트륨의 출발량을 100g으로 증가시키면 표 1에 제시된 실험에서 사용되는 아염소산나트륨의 출발량 5g과 비교하여 이산화염소 기체의 생성량이 증가할 것임을 보여준다. 표 2는 또한 아염소산나트륨과 반응하는 오존의 양을 증가시키면 표 1에서 생성된 이산화염소의 생성량에 비해 이산화염소의 생성이 증가할 것임을 보여준다.

실시예 3

이산화염소 생성을 분석하기 위해 또 다른 실험이 수행되었다.

매우 낮은 용량의 (spa eclipse) 오존 발생기(ozonator)를 사용하여 산소를 공급원 기체로 사용하여 대략 50 내지 70mg/hr의 오존을 생성시켰다. 상기 오존은, 500g이 넘는 안정화된 아염소산나트륨(불활성 물질을 함유한 아염소산나트륨 펠릿)을 함유하는 반응 튜브로 공급하였다.

상기 반응으로부터 이산화염소를 생성시키고, 이를 pH 10.35의 과산화수소 수용액 2000mg/L의 1L 중에 포획하였다. 당해 용액은 즉시 이산화염소를 아염소산염으로 환원시켰다. 측정된 아염소산염의 총량은, 이산화염소가 상기 용액에 포획되어 당해 액체를 빠져나오지 않기 때문에, 생성된 이산화염소의 양을 직접적으로 반영한다(물만으로는 이산화염소 기체가 물을 제거할 수 있다). 이는, 실험 목적으로 생성된 이산화염소의 양을 정량화시킬 수 있게 한다. 이온 크로마토그래피를 사용하여 당해 용액 중의 염화물 및 아염소산염 농도를 시간 경과에 따라 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타낸다.

이들 결과를 도 3에 나타낸다.

실시예 3의 데이터로부터, 이산화염소의 생성은 일정하며 대략 2.8mg/L/min의 속도로 발생함 것을 알 수 있다. 당해 실시예는는 매우 낮은 용량의 오존 발생기를 사용하였지만, 이러한 소형 장치조차도 1일 4g의 이산화염소를 발생시킬 수 있었으며, 이는 1,000갤런의 물을 1mg/L의 농도로 처리하기에 충분하였다. 상기 시스템의 이산화염소 요구량이 적으면, 당해 실험 설정조차도 10,000갤런 시스템을 처리하여 살생물제로서 효과적인 잔류 이산화염소 0.1mg/L를 달성하는 데에 사용할 수 있다. 이 비율에서, 500g의 아염소산염은 교체가 필요하기 전까지 125일간 지속된다.

염화물은 과산화물과의 반응의 잠재적인 부산물이며, 매우 적은 양의 염화물은, 이러한 부산물 반응이 중요하지 않음을 입증한다. 또한, 염소산염이 검출되지 않았다. 당해 결과는, 생성된 기체상 이산화염소가 고순도임을 입증한다.

실시예 4

반응에 대한 이산화탄소의 효과를 분석하기 위해 또 다른 실험을 수행하였다.

오존 발생기에 공기(대략 23중량%의 산소를 함유함)를 도입하여 2중량%(20,000ppm)의 오존을 함유하는 오존 기체 공급원, 뿐만 아니라 통상적으로 공기 중에서 발견되는 성분(예를 들면, 질소, 산소, 및 미량의 이산화탄소)을 생성시켰다. 대조군 반응에서, 상기 오존 기체 공급원을 시간당 1표준 입방 피트(standard cubic foot per minute)(SCFM)의 유속으로 100g의 안정화된 무수 아염소산나트륨(SAF-T-CHLOR, CDG 케미칼스(CDG Chemicals))에 걸쳐 통과시킴으로써, 상기 오존 기체 공급원은 상기 아염소산나트륨과 반응하였다.

이산화염소 생성에 대한 이산화탄소의 영향을 측정하기 위해, 99.9중량%의 이산화탄소를 함유하는 이산화탄소 기체를 0.25 SCFM의 유속으로 오존 기체 공급원에 도입하고, 생성된 반응 기체를 아염소산나트륨에 걸쳐 통과시켰다. 생성된 이산화염소의 양을 측정하기 위해, 각각의 반응으로부터 생성된 기체를 탈이온수의 용액을 통해 버블링시켰다. 누적 측정치는 1시간에 걸쳐 10분 간격으로 취하였다.

도 4에 도시된 바와 같이, 오존 기체 공급원에 이산화탄소를 첨가하면 생성된 이산화염소의 양이 현저히 증가하며(대략 10%) 이러한 증가가 실험 전체에 걸쳐 지속되었다.

실시예 5

유사한 실험에서, (공기와는 반대로) 99.9중량%의 산소를 함유하는 산소-함유 기체 공급원을 오존 발생기에 도입하여 약 1 내지 2중량%의 오존을 함유하는 오존 기체 공급원을 제조하였다. 이산화염소 생성을, 실시예 4에 상술한 방법에 따라 이산화탄소 존재하에 및 부재하에 분석하였다.

이산화탄소가 이산화염소를 포획하는데 사용된 탈이온수의 pH(및 이에 따라 탈이온수에 대한 이산화염소의 용해도)에 영향을 줄 수 있기 때문에, 변수로서, 탈이온수의 산도(acidity)를 제거하기 위해 탈이온수의 pH를 조정한 또 다른 샘플을 연구하였다. 대조군에서, 오존 기체 공급원은 이산화탄소의 부재하에 아염소산나트륨에 도입하였으며, 이산화탄소가 존재하는 용액을 시뮬레이션하기 위해 탈이온수의 pH를 조정하였다. 구체적으로, pH를 3.65로 조정하였다.

도 5에 도시된 바와 같이, 오존 기체 공급원에 이산화탄소를 첨가하면, 생성되는 이산화염소의 양이 현저하게 증가하며 당해 증가된 양이 실험 전체에 걸쳐 지속되었다. 1시간의 반응 후 생성된 이산화염소의 양은, 이산화탄소가 부재할 때 생성되는 양에 비해 이산화탄소가 존재할 때 생성되는 양이 대략 4배 더 컸다. 이론에 얽매이지 않고, 산소-함유 기체 공급원의 증가된 순도는, 오존의 형성을 잠재적으로 억제하기 위한 상기 기체 내의 불순물이 적기 때문에, 공기를 산소-함유 기체 공급원으로 사용하는 반응에 비해, 생성되는 이산화염소의 양을 더 증가시키는 것으로 여겨진다.

이러한 이산화염소 생성의 차이는 탈이온수가 3.65로 조정된 경우에도 관찰되었다. pH 조정은 정량된 이산화염소의 양에 거의 영향을 미치지 않아, 측정되는 이산화염소의 양의 차이는 탈이온수에서의 이산화염소의 향상된 용해도와는 반대되는 이산화염소 생성의 증가의 결과임을 나타낸다. 이는, 이산화탄소가 아염소산나트륨과 오존의 반응성을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다.

실시예 4 및 실시예 5의 결과를 표 4에 요약하였다.

실시예 6

이산화염소 생성시의 상이한 양의 이산화탄소의 효과를 결정하기 위해, 이산화탄소 기체 공급원 내의 이산화탄소의 양이 변화되는 유사한 실험을 수행하였다. 99.9중량%의 산소를 함유하는 산소-함유 기체 공급원을 1 SCFM의 유속으로 오존 발생기에 도입하여 약 1중량%의 오존을 함유하는 오존 기체 공급원을 제조하였다. 오존 발생기의 다운스트림에서, 99.9중량%의 이산화탄소를 함유하는 이산화탄소 기체를, 표 5에 설명된 바와 같이, 0 SCFM(이산화탄소 기체가 첨가되지 않음) 내지 0.50 SCFM 범위의 유속으로 오존 기체 공급원으로 도입하여, 조합된 반응 기체를 형성하였다. 생성된 반응 기체는 1 SCFM의 오존 기체 공급원 유속을 유지하면서 건조되고 안정화된 아염소산나트륨(SAF-T-CHLOR, CDG 케미칼스) 100g을 통과시켰다. 생성된 이산화염소의 양은 반응 30분 후에 측정하였다. 오존 기체 공급원 유속이 일정하게 유지되었기 때문에, 이산화염소 기체 유속에 의해 결정되는 이산화탄소 도입량은 이산화염소 생성에 영향을 미치는 유일한 파라미터였다.

도 6에 도시된 바와 같이, 생성된 이산화염소의 양은 일반적으로 시스템으로 도입된 이산화탄소의 양이 증가함에 따라 증가한다. 이러한 경향성은, 이산화염소의 생성량이 대략 3배 증가한, 0.25 SCFM의 이산화탄소 기체 유량까지 식별할 수 있었다. 0.5 SCFM의 유속에서 이산화염소 생성량의 약간의 감소가 관찰되었다. 감소를 일으키는 정확한 메커니즘은 알려지지 않았지만, 0.25SCFM가 넘게 증가된 이산화탄소 유속은 이산화탄소 첨가의 이점이 희석 인자에 의해 극복되는 정도로까지 오존 기체 공급원을 희석시킨 것으로 여겨진다.

단지 몇 가지 예시적인 양태가 위에서 상세히 설명되었지만, 당업자는 개시된 양태로부터 실질적으로 벗어나지 않고도 예시적인 양태에서 다수의 변형태가 가능하다는 것을 용이하게 인지할 것이다. 따라서, 이러한 모든 변형태는 아래의 청구범위에 정의된 본 개시의 범위 내에 포함되는 것이 의도된다.

Claims (30)

1. 기체 이산화염소를 제조하기 위한 방법으로서,
   고체 아염소산염 반응물을 오존-함유 기체와 접촉시키고;
   상기 오존-함유 기체 중의 오존을 상기 고체 아염소산염 반응물과 반응시켜 상기 기체 이산화염소를 생성시킴
   을 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 고체 아염소산염 반응물이 아염소산염 염을 포함하는, 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 오존-함유 기체가 오존을 10ppm 내지 100,000ppm 범위의 양으로 포함하는, 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 기체 이산화염소가, 어떠한 캐리어 기체도 포함하지 않고, 적어도 95중량% 순수한, 방법.
5. 제1항에 있어서, 산소-함유 기체를 오존 발생기로 공급함으로써 상기 오존-함유 기체를 발생시킴을 추가로 포함하는, 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 기체 이산화염소를 액체 매질에 용해시킴을 추가로 포함하는, 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 기체 이산화염소를 산업 공정의 수용 스트림(receiving stream)과 조합함을 추가로 포함하는, 방법.
8. 제2항에 있어서, 상기 고체 아염소산염 반응물이 불활성 성분을 추가로 포함하는, 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 고체 아염소산염 반응물이 평균 입자 크기가 1mm 내지 10mm 범위인 펠릿으로 제공되는, 방법.
10. 기체 이산화염소를 제조하기 위한 시스템으로서,
    오존-풍부 기체를 생성시키도록 구성된 오존 발생기; 및
    고체 아염소산염 반응물을 포함하고 (i) 상기 오존 발생기로부터 오존-풍부 기체를 제공받아 (ii) 상기 오존-풍부 기체 중에서 상기 고체 아염소산염 반응물을 오존과 반응시킴으로써 생성되는 기체 이산화염소를 포함하는 기체 생성물을 배출하도록 구성된 반응기
    를 포함하는, 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 기체 생성물에 존재하는 오존의 양을 측정하기 위한 감시기를 추가로 포함하는, 시스템.
12. 제10항에 있어서, 상기 기체 이산화염소를 용해시키는 액체 매질을 함유하며 상기 생성물 기체를 수용하는 용기를 추가로 포함하는, 시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 액체 매질의 전도도를 측정하는 프로브를 추가로 포함하는, 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 액체 매질의 전도도가 소정의 임계값을 초과하면 경보가 울리는 제어기를 추가로 포함하는, 시스템.
15. 기체 이산화염소를 제조하기 위한 방법으로서,
    고체 아염소산염 반응물을 오존-함유 기체와 접촉시키고;
    이산화탄소-함유 기체를 제공하고;
    상기 오존-함유 기체 중의 오존을, 상기 이산화탄소-함유 기체로부터의 이산화탄소의 존재하에 상기 고체 아염소산염 반응물과 반응시켜 상기 기체 이산화염소를 생성시킴
    을 포함하는, 방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 오존-함유 기체를 포함하는 제1 기체 스트림을 제공하고;
    상기 이산화탄소-함유 기체를 포함하는 제2 기체 스트림을 제공하고;
    상기 제1 기체 스트림과 상기 제2 기체 스트림을 조합하여 조합된 기체 스트림을 형성하고;
    상기 고체 아염소산염 반응물을 상기 조합된 기체 스트림과 접촉시킴
    을 추가로 포함하는, 방법,
17. 제16항에 있어서, 상기 제1 기체 스트림과 상기 제2 기체 스트림을 상기 고체 아염소산염 반응물을 함유하는 반응 용기로 도입함으로써 상기 제1 기체 스트림과 상기 제2 기체 스트림이 조합되는, 방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 고체 아염소산염 반응물을 함유하는 반응 용기의 업스트림에서 상기 제1 기체 스트림과 상기 제2 기체 스트림을 합함으로써 상기 제1 기체 스트림과 상기 제2 기체 스트림이 조합되는, 방법.
19. 제16항에 있어서, 상기 오존-함유 기체가 오존을 10ppm 내지 100,000ppm 범위의 양으로 포함하는, 방법.
20. 제16항에 있어서, 상기 오존-함유 기체를 산소 기체 공급원으로부터 발생시킴을 추가로 포함하는, 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 산소 기체 공급원이 산소를 60중량% 내지 100중량% 범위의 양으로 포함하는, 방법.
22. 제15항에 있어서, 상기 이산화탄소-함유 기체가 상기 이산화탄소를 50중량% 내지 100중량% 범위의 양으로 포함하는, 방법.
23. 제16항에 있어서, 상기 조합된 기체 스트림에서의 오존에 대한 이산화탄소의 중량 비가 0.25:1 내지 25:1 범위인, 방법.
24. 제15항에 있어서, 상기 고체 아염소산염 반응물이 아염소산나트륨을 포함하는, 방법.
25. 제15항에 있어서, 상기 기체상 이산화염소를 물에 용해시킴을 추가로 포함하는, 방법.
26. 제25항에 있어서, 물에 용해된 상기 이산화염소의 농도가 50 내지 6,000mg/L 범위인, 방법.
27. 기체 이산화염소를 제조하기 위한 방법으로서,
    오존을 고체 아염소산염 반응물과 반응시켜 기체 이산화염소 및 수산화물 부산물을 생성시킴을 포함하며,
    이때 상기 반응은 상기 수산화물 부산물과 반응하는 성분의 존재하에 수행되는, 방법.
28. 제27항에 있어서,
    상기 성분을 함유하는 기체 스트림을 제공하고;
    상기 기체 스트림을 상기 오존과 조합함
    을 추가로 포함하는, 방법.
29. 제27항에 있어서, 상기 성분이 상기 기체상 이산화염소를 생성시키는 반응에 참여하지 않는, 방법.
30. 제27항에 있어서, 상기 성분이 상기 수산화물 부산물과 반응하여 탄산염을 형성하는, 방법.

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