KR20210154332A - 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법 - Google Patents

전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210154332A
KR20210154332A KR1020200071237A KR20200071237A KR20210154332A KR 20210154332 A KR20210154332 A KR 20210154332A KR 1020200071237 A KR1020200071237 A KR 1020200071237A KR 20200071237 A KR20200071237 A KR 20200071237A KR 20210154332 A KR20210154332 A KR 20210154332A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sodium bicarbonate
cell
electrolysis
sodium
hydrochloric acid
Prior art date
Application number
KR1020200071237A
Other languages
English (en)
Inventor
조성수
Original Assignee
조성수
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 조성수 filed Critical 조성수
Priority to KR1020200071237A priority Critical patent/KR20210154332A/ko
Publication of KR20210154332A publication Critical patent/KR20210154332A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/34—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B7/00—Halogens; Halogen acids
    • C01B7/01—Chlorine; Hydrogen chloride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D7/00—Carbonates of sodium, potassium or alkali metals in general
    • C01D7/10—Preparation of bicarbonates from carbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/22—Inorganic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
    • C25B13/04—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material
    • C25B13/08—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material based on organic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

본 발명은 다수의 이온교환막을 대칭으로 설치한 전기분해 단위 모듈이 연속적으로 구성된 전기분해 공정으로 이를 이용한 이산화탄소 고정화 탄산염 제조방법이다.
더욱 상세하게는 알칼리 이온이 포함된 해수, 염수, 폐수 등으로부터 클로로 알칼리(Chlor-Alkali) 이온을 추출하고, 추출된 알칼리 이온의 용해수에 이산화탄소 또는 이산화탄소가 포함된 배출가스를 공급하여 중탄산나트륨 및 탄산나트륨을 생산하고, 또한 부가적으로는 염산 및 차아염소산 그리고/또는 차아염소산나트륨 등을 생산하는 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법 {Apparatus and method for producing sodium bicarbonate by electrolysis}
본 발명의 제조 장치는 다수의 이온교환막이 대칭으로 설치된 전기분해 단위 모듈을 연속적으로 구성한 전기분해 공정으로 이를 이용한 이산화탄소 고정화 탄산염 제조방법이다.
더욱 상세하게는 알칼리 이온이 포함된 해수, 염수, 폐수 등으로부터 클로로 알칼리(Chlor-Alkali) 이온이 추출되고, 추출된 알칼리 이온에 이산화탄소 또는 이산화탄소가 포함된 배출가스를 공급하여 중탄산나트륨 및 탄산나트륨을 생산하고, 또한 부가적으로는 염산 및 차아염소산 그리고/또는 차아염소산나트륨 등을 생산하는 전기분해에 공정에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
기후변화와 자원위기가 현실적 위협으로 등장하면서 에너지와 환경문제가 국가경제의 미래를 결정하는 주요변수로 부각되고 있으며, 환경이 경제성장의 제약요인이 아닌 지속가능한 성장을 위한 새로운 기회요인으로 전환되고 있다.
또한 일본, EU, 미국 등 선진국은 녹색시장 선도전략에 국력을 집중하고 있으며, 교토 의정서를 통해 온실가스를 감축하는 한편, 녹색기술 개발 및 환경규제를 통해 신성장 동력 창출 및 세계시장 선점에 노력을 기울이고 있다.
이러한 이산화탄소 배출에 대한 대응 기술로서는 이산화탄소 배출 저감을 위한 에너지 절약기술 및 대체 에너지 기술, 이산화탄소 포집 및 저장 기술, 지구환경의 자연순환에 있어서 오랜 기간이 소요되는 이산화탄소 고정화 의한 광물 탄산화 기술, 이산화탄소 활용 고부가가치 화합물 제조기술 등이 개발되고 있다.
또한 중탄산나트륨(Sodium bicarbonate, NaHCO3)은 소화제, 세제, 피혁 및 식품 첨가제 등, 염산(Hydrochloric acid, HCl)은 원료, 피혁, 스케일 용해제 등, 차아염소산(Hypochlorous acid, HClO)은 살균제 및 산화제 등, 차아염소산나트륨(Sodium hypochlorite, NaClO)은 살균제 및 표백제 등 산업분야에 다양하게 활용할 수 있는 물질로 상업적 잠재력이 큰 기초 화합물질을 경제적으로 생산하는 기술이 필요하다.
알칼리 이온과 이산화탄소의 고정에 의한 광물 탄산화 기술의 주요 문제점으로는 고가의 원료, 고가의 생산설비, 생산 시스템의 과다한 운전경비 등 비용에 문제점이 있었다. 이에 대한 경제성을 확보하고자 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치는 다수의 이온교환막을 대칭으로 구비한 단위 모듈을 연속적으로 구성하였다.
알칼리 이온이 포함된 해수, 염수, 폐수 등으로부터 알칼리 이온을 추출하고, 추출한 알칼리 이온과 이산화탄소의 반응으로 생산 시스템의 원료, 설비, 운전 등 비용을 최소화할 수 있도록 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
또한 전기분해 공정의 부가적인 반응을 통해 염산 및 차아염소산 그리고/또는 차아염소산나트륨을 생산하는 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중탄산나트륨(NaHCO3), 염산(HCl) 등 제조 장치는 중앙셀로 공급되는 해수 중의 염화나트륨(NaCl) 수용액을 전기분해하여 양극셀에서는 염산(HCl)으로 전환되고, 음극셀에서는 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 수산화나트륨(NaOH)으로 전환된다.
이러한 상기 셀들이 전극을 중심으로 음(양)극셀, 중앙셀, 양(음)극셀이 각각 두(2)개씩 대칭으로 구성된 전기분해 공정; 상기 양극셀과 연결되어 반응 수용액이 순환되는 염산(HCl) 및 차아염소산(HClO), 차아염소산나트륨(NaClO) 반응 공정; 상기 음극셀에서 생산된 탄산나트륨(Na2CO3)에 이산화탄소(CO2)가 공급되어 중탄산나트륨(NaHCO3)으로 전환되는 중탄산나트륨 반응 공정; 중탄산나트륨 반응조로부터 공급되는 중탄산나트륨 수용액을 침강, 분리하고 상부의 수용액은 상기 음극셀에 재순환 공급되는 중탄산나트륨 침강, 분리 공정; 중탄산나트륨 침강분리조로부터 공급되는 중탄산나트륨의 수분을 제거하여 생산하는 중탄산나트륨 건조 공정; 중탄산나트륨 건조조로부터 공급되어 일정량의 이산화탄소(CO2)를 추출하고 탄산나트륨(Na2CO3)으로 전환하여 생산하는 탄산나트륨 반응 공정; 상기 양극셀에서 배출되는 염소(Cl2)가스와 상기 음극셀에서 배출되는 수소(H2)가스를 염산(HCl)으로 전환하는 염산 반응 공정; 염산 반응조와 연결되어 염산을 냉각하고 응축하여 저장하는 염산 제조 공정; 을 포함하는 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법을 특징으로 한다.
염산 반응 및 제조 공정, 중탄산나트륨 반응 공정, 이산화탄소 배가스 공급 계통 등에는 도면에 표현되지 않은 냉각 공정이 포함될 수 있고, 중탄산나트륨 건조 공정 및 탄산나트륨 반응 공정 등에는 가열 공정이 포함될 수 있으며, 본 발명의 각 반응 공정에는 안정화를 위한 다수의 반응 저장조 및 부대설비가 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 중탄산나트륨(NaHCO3), 염산(HCl) 등 제조 장치는 중앙셀(22)로 공급되는 해수 중의 염화나트륨(NaCl) 수용액을 전기분해하여 양극셀(21)에서는 염산(HCl)으로 전환되고, 음극셀(23)에서는 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 수산화나트륨(NaOH)으로 전환된다.
이러한 상기 셀들이 전극을 중심으로 음(양)극셀, 중앙셀, 양(음)극셀이 각각 두(2)개씩 대칭으로 구성된 전기분해 반응조(10); 상기 양극셀(21)과 연결되어 반응 수용액이 순환되는 염산 차아염소산 반응조(80); 상기 음극셀(23)에서 생산된 탄산나트륨(Na2CO3)에 이산화탄소(CO2)가 공급되어 중탄산나트륨(NaHCO3)으로 전환되는 중탄산나트륨 반응조(30); 상기 중탄산나트륨 반응조(30)로부터 공급되는 중탄산나트륨 수용액을 침강, 분리하고 상부의 수용액은 상기 음극셀에 재순환 공급되는 중탄산나트륨 침강분리조(40); 상기 중탄산나트륨 침강분리조(40)로부터 공급되는 중탄산나트륨의 수분을 제거하여 제품화하는 중탄산나트륨 건조조(50); 상기 중탄산나트륨 건조조(50)로부터 공급되어 일정량의 이산화탄소(CO2)를 추출하고 탄산나트륨(Na2CO3)으로 전환하여 생산하는 탄산나트륨 반응조(60); 상기 양극셀(21)에서 배출되는 염소(Cl2)가스와 상기 음극셀(23)에서 배출되는 수소(H2)가스를 염산(HCl)으로 전환하는 염산 반응조(90); 상기 염산 반응조(90)와 연결되어 염산을 냉각하고 응축하여 저장하는 염산 냉각저장조(70); 을 포함하는 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법을 특징으로 한다.
또한 상기 탄산나트륨 반응조(60)는 중탄산나트륨 침강분리조(40)로부터 공급되는 중탄산나트륨을 탄산나트륨으로 전환함과 동시에 수분을 제거하는 공정이 포함될 수 있으며, 탄산나트륨 반응조(60)의 공정에서 배출되는 이산화탄소(CO2)는 상기 중탄산나트륨 반응조(30)에 공급되어 중탄산나트륨 전환반응에 재사용하는 공정을 포함하는 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 한(1)개 이상의 전기분해 단위 모듈(20)이 연속적으로 배치되어 있는 전기분해 반응조(10)를 포함하는 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기분해 단위 모듈(20)은 음극(25)을 중심으로 음극셀(23) 중앙셀(22) 양극셀(21)이 각각 두(2)개씩 대칭으로 구성되며 또는 양극(24)을 중심으로 양극셀(21) 중앙셀(22) 음극셀(23)이 각각 두(2)개씩 대칭으로 구성되는 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극셀(21) 중앙셀(22) 사이에는 음이온교환막이 설치되어 염소음이온(Cl-)의 통과로 염산이 생성되고 음극셀(23)과 중앙셀(22) 사이에는 양이온교환막이 설치되어 나트륨양이온(Na+)의 통과로 탄산나트륨과 수산화나트륨이 생성되는 전기분해 공정으로 특히; 음극셀은 중탄산나트륨(NaHCO3) 수용액이 순환되는 공정을 포함하는 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 공정에 의한 염(NaCl) 수용액 순환반응의 일 실시예에 따르면, 양극셀(21)에 염(NaCl) 수용액을 공급하고 순환시켜 전기분해 공정을 진행하면, 차아염소산(HClO) 생성 반응은 차아염소산나트륨(NaClO) 생성 반응으로 공정을 변경할 수 있다. 이러한 공정을 포함하는 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법을 특징으로 한다.
본 발명의 제조방법에서는 다수의 이온교환막을 대칭으로 설치한 전기분해 단위 모듈이 하나(1) 이상 연속적으로 구성되어 있어 설비의 제조원가 및 운전 비용을 절감할 수 있고, 알칼리 이온이 포함된 해수, 염수, 폐수 등으로부터 직접 추출한 알칼리 이온과 이산화탄소의 순차적인 반응을 유도하여 중탄산나트륨을 제조함으로써 투입 원료의 원가를 절감하는 효과가 있다.
또한 본 발명의 전기분해 공정은 중탄산나트륨(NaHCO3), 탄산나트륨(Na2CO3), 차아염소산(HClO), 차아염소산나트륨(NaClO), 염산(HCl), 염소(Cl2), 수소(H2) 등 반응 공정을 포함하고 있어 각 산업분야에 활용할 수 있는 고부가가치 화합물을 생산할 수 있다.
이와 동시에 발전 및 산업용 보일러 등에서 대기로 배출되는 이산화탄소를 반응에 사용할 수 있기 때문에 지구온난화에 영향을 주는 이산화탄소를 저감하는 효과가 있으며, 제조된 탄산염의 침전, 탈수, 건조 등 제품 생산과정에서 발생하는 탄산염 수용액은 회수하고 전기분해 공정에 재순환하여 사용하기 때문에 제조 공정을 친환경적으로 구축하는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치를 설명하기 위한 공정도.
도 2는 일 실시예에 따른 전기분해 단위 모듈 모식도(차아염소산).
도 3은 일 실시예에 따른 전극 및 셀 배치도.
도 4는 pH 변화에 따른 중탄산나트륨(NaHCO3) 및 탄산나트륨(Na2CO3) 농도 그래프.
도 5는 일 실시예에 따른 전기분해 단위 모듈 모식도(차아염소산나트륨).
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명하는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 기재된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 기재될 수 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 배치와 형태는 기술적인 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 용어가 구성요소들을 기술하기 위해 사용된 경우, 이들 구성요소들은 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기서 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, '알칼리 이온'은 알칼리 금속이온 또는 알칼리 토금속이온을 총칭하는 것으로, 별도의 설명이 없는 한 알칼리 이온은 알칼리 금속이온 또는 알칼리 토금속이온을 의미한다.
도면 1 공정도와 도면 2 모식도(차아염소산)에 의거하여 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
본 발명에 있어서, 전기분해 단위 모듈(20)은 음극(25)을 중심으로 음극셀(23) 중앙셀(22) 양극셀(21)이 각각 두(2)개씩 대칭으로 구성되며 또는 양극(24)을 중심으로 양극셀(21) 중앙셀(22) 음극셀(23)이 각각 두(2)개씩 대칭으로 구성되어 있다. 이러한 전기분해 단위 모듈(20)을 한(1)개 이상 연속적으로 구비한 전기분해 반응조(10)를 포함함 전기분해에 의한 중탄산나트륨(NaHCO3) 제조 장치 및 공정에 관한 것이다.
해수 등 알칼리 이온수가 공급되는 중앙셀(22)은 해수 중의 염화나트륨(NaCl) 수용액을 전기분해하여 양극셀(21)에서는 염산(HCl) 및 차아염소산(HClO)으로 전환되고, 음극셀(23)에서는 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 수산화나트륨(NaOH)으로 전환되는 전기분해 공정이 진행된다.
[반응식 1] Cl2(g) + H2O ↔ HCl + HClO
[반응식 2] 2NaCl + 2NaHCO3(aq) →H2(g) + Cl2(g) + 2Na2CO3(aq)
2NaCl + 2H2O →H2(g) + Cl2(g) + 2NaOH(aq)
염산 차아염소산 반응조(80)는 상기 양극셀(21)과 염산 수용액 라인(82, 83)으로 연결되어 반응 수용액이 저장되고 순환된다.
중탄산나트륨 반응조(30)는 음극셀(23)과 수용액 라인(31, 32) 및 수용액 공급라인(44)으로 연결되어 반응 수용액이 순환되고 CO2, 배가스 공급라인(33)으로 공급된 CO2와 반응하여 중탄산나트륨(NaHCO3)을 생성하는 반응 공정으로 진행된다. 반응 후 잔여 배가스는 CO2, 배가스 배출라인(34)를 통해 연돌(Stack)로 배출된다.
[반응식 3] Na2CO3(aq) + H2O + CO2(g) → 2NaHCO3(aq)
NaOH(aq) + CO2(g) → NaHCO3(aq)
중탄산나트륨 침강분리조(40)에서는 상기 중탄산나트륨 반응조(30)에서 공급된 반응액 중의 중탄산나트륨은 탄산나트륨/중탄산나트륨 용해도에 따라 중탄산나트륨이 침강 석출되고 상부의 수용액은 상기 음극셀(23)에 재순환되도록 공급하는 침강분리 공정으로 진행된다.
반응의 진행에 따라 반응액 또는 수용액이 부족하면 용수 공급라인(41)을 통해 용수를 보충한다.
중탄산나트륨 건조조(50)는 상기 중탄산나트륨 침강분리조(40)에서 침강된 중탄산나트륨이 분리 이송라인(42)를 통해 공급되어 중탄산나트륨의 수분이 제거되고 제품이 생산되는 탈수 및 건조 공정으로 진행된다.
탄산나트륨 반응조(60)는 상기 중탄산나트륨 건조조(50)로부터 건조된 중탄산나트륨이 건조 이송라인(51)를 통해 공급되면, 일정량의 이산화탄소(CO2)를 추출하고 탄산나트륨(Na2CO3)으로 전환하여 생산하는 반응 공정이다. 또한 상기 탄산나트륨 반응조(60)는 중탄산나트륨 침강분리조(40)로부터 침강된 중탄산나트륨을 분리 이송라인(43)를 통해 직접 공급받을 수 있고, 탄산나트륨으로 전환함과 동시에 수분을 제거하는 공정을 포함할 수 있다. 상기 탄산나트륨 반응조(60)에서 발생하는 이산화탄소(CO2)는 반응 CO2 배출라인(61)을 통해 중탄산나트륨 반응조(30)에 공급되어 중탄산나트륨 전환반응에 재사용하는 공정으로 진행된다.
[반응식 4] 2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + H2O + CO2(g)
염산 반응조(90)는 상기 양극셀(21)에서 배출되는 염소(Cl2)가스와 상기 음극셀(23)에서 배출되는 수소(H2)가스를 염소 & 수소 가스라인(91)을 통해 공급받아 염산(HCl)으로 전환하는 반응 공정이 진행된다.
[반응식 5] H2(g) + Cl2(g) → HCl(g)
염산 냉각저장조(70)는 상기 염산 반응조(90)에서 전환된 염산을 염산 냉각 이송라인(71)을 통해 공급되면서 냉각 응축되고, 저장되는 공정으로 진행된다.
본 발명에 있어서, 도 2와 같이 전기분해 반응조(10)의 음극셀(23)은 중탄산나트륨(NaHCO3) 수용액이 순환되고, 중앙셀(22)은 해수, 알칼리 이온수 등이 공급되고, 양극셀(21)은 염산(HCl) 수용액이 순환되는 전기분해 공정이다.
본 발명은 중탄산나트륨 반응조(30)와 중탄산나트륨 침강분리조(40)에 중탄산나트륨 수용액이 순환되면서 도면 4의 pH 그래프에 따라 중탄산나트륨(NaHCO3)과 탄산나트륨(Na2CO3)의 농도가 변화하는 반응으로 진행하게 되는데, 중탄산나트륨 반응조(30)에서는 탄산나트륨(Na2CO3)과 이산화탄소의 반응 공정으로 pH를 8.5~9.0로 낮추어 중탄산나트륨(NaHCO3)을 생성시키고, 생성된 중탄산나트륨은 중탄산나트륨 침강분리조(40)를 통해 회수하여 제품을 생산하고, 상부의 수용액은 전기분해 반응조(10)로 재 공급하여 pH를 10~11로 상승시켜 탄산나트륨(Na2CO3)을 생성시키는 순환공정으로 이산화탄소 고정화 탄산염 제조 방법이다.
본 발명의 다른 공정에 대한 일 실시예를 도면 1 공정도와 도면 5 모식도(차아염소산나트륨)에 의거하여 설명하면 하기와 같다.
본 발명의 공정은 상기 설명한 도면 2 모식도(차아염소산)와 유사한 공정으로 양극셀(21)에 염(NaCl) 수용액을 공급하여 순환시키는 전기분해 공정으로, 도면 1 공정도의 염산 차아염소산 반응조(80)는 차아염소산나트륨 반응조로 교체되며 차아염소산(HClO) 생성 반응은 차아염소산나트륨(NaClO)을 생성하는 반응으로 공정이 변경되게 된다.
[반응식 6] Cl2(g) + NaCl + H2O ↔ 2HCl + NaClO
본 발명의 실시예에 따른 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법으로 중탄산나트륨(NaHCO3)을 생산하여 순도를 측정한 결과는 하기 표 1과 같다.
구 분 중탄산나트륨(NaHCO3) 순도
도면 2 실시 예 97%
도면 5 실시 예 96%
이와 같이, 본 발명은 원료, 설비, 운전 등 비용 절감 효과, 산업분야에 활용할 수 있는 고부가가치 화합물을 생산하는 효과 및 지구온난화에 영향을 주는 이산화탄소를 저감하는 효과를 기대할 수 있는 공정으로 제조설비를 친환경적으로 구축할 수 있는 장점이 있다. 또한 전기분해 단위 모듈로 구성된 전기분해공정으로 용량 선정에 용이한 장점이 있다.
10: 전기분해 반응조
11: 해수, 알칼리수 공급라인 12: 해수, 알칼리수 배출라인
13: 염소가스 배출라인 14: 수소가스 배출라인
20: 전기분해 단위 모듈
21: 양극셀 22: 중앙셀 23: 음극셀
24: 양극 25: 음극
30: 중탄산나트륨 반응조
31, 32: 수용액 라인 33: CO2, 배가스 공급라인
34: CO2, 배가스 배출라인
40: 중탄산나트륨 침강분리조
41: 용수 공급라인 42, 43: 분리 이송라인
44: 수용액 공급라인
50: 중탄산나트륨 건조조
51: 건조 이송라인
60: 탄산나트륨 반응조
61: 반응 CO2 배출라인
70: 염산 냉각 저장조
71: 염산 냉각 이송라인
80: 염산 차아염소산 반응조
81: 용수 공급라인 82, 83: 염산 수용액 라인
90: 염산 반응조
91: 염소 & 수소 가스라인

Claims (8)

  1. 음극(-)을 중심으로 음극셀, 중앙셀, 양극셀이 각각 두(2)개씩 대칭으로 구성되며 또는 양극(+)을 중심으로 양극셀, 중앙셀, 음극셀이 각각 두(2)개씩 대칭으로 구성되는 전기분해 단위 모듈과 한(1)개 이상의 전기분해 단위 모듈이 연속적으로 배치되어 양극셀에서는 염소(Cl2)와 반응하여 염산(HCl) 및 차아염소산(HClO)이 생성되고 음극셀에서는 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 수산화나트륨(NaOH)이 생성되는 전기분해공정;
    음극셀에서 생성된 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 수산화나트륨(NaOH)을 이산화탄소(CO2)와 반응시켜 중탄산나트륨(NaHCO3)으로 전환하는 중탄산나트륨 반응공정;
    탄산염(탄산나트륨, 중탄산나트륨) 수용액에서 중탄산나트륨(NaHCO3)을 침강, 석출하여 탈수, 건조하는 중탄산나트륨 제조공정;
    중탄산나트륨(NaHCO3)에서 CO2를 추출하여 탄산나트륨(Na2CO3)으로 전환하는 탄산나트륨 제조공정;
    양극셀에서 생성된 염소(Cl2)와 음극셀에서 생성된 수소(H2)를 반응시켜 염산(HCl)으로 전환하는 염산 반응공정;
    상기 생산된 염산(HCl)을 냉각 응축하여 저장하는 염산 제조공정; 을 포함하는 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 공정 및 그 방법.
  2. 음극(-)을 중심으로 음극셀, 중앙셀, 양극셀이 각각 두(2)개씩 대칭으로 구성되며 또는 양극(+)을 중심으로 양극셀, 중앙셀, 음극셀이 각각 두(2)개씩 대칭으로 구성되는 전기분해 단위 모듈과 한(1)개 이상의 전기분해 단위 모듈이 연속적으로 배치된 전기분해장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 음극셀은 중탄산나트륨(NaHCO3) 수용액, 중앙셀은 해수, 알칼리 이온수 등, 양극셀은 염산(HCl) 수용액을 공급하고 순환하는 전기분해공정.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 음극셀은 중탄산나트륨(NaHCO3) 수용액, 중앙셀은 해수, 알칼리 이온수 등, 양극셀은 염(NaCl) 수용액을 공급하고 순환하는 전기분해공정.
  5. 청구항 1에 있어서,
    전기분해 및 이산화탄소 반응을 포함한 중탄산나트륨(NaHCO3)과 탄산나트륨(Na2CO3) 수용액 순환 공정의 pH는 8.5~11로 유지하는 것을 특징으로 하는 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 공정 및 그 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    중탄산나트륨(NaHCO3) 전환반응을 위한 이산화탄소(CO2) 또는 이산화탄소(CO2)를 함유한 배출가스의 공급 온도는 0~35℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 공정 및 그 방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 양극셀과 중앙셀 사이에는 염소음이온(Cl-) 통과되도록 음이온교환막이, 음극셀과 중앙셀 사이에는 나트륨양이온(Na+)이 통과되도록 양이온교환막이 설치되는 것을 특징으로 하는 전기분해장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 양극셀에서 염산(HCl) 및 차아염소산나트륨(NaClO)이 생성되고 음극셀에서는 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 수산화나트륨(NaOH)이 생성되는 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 공정 및 그 방법.
KR1020200071237A 2020-06-12 2020-06-12 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법 KR20210154332A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200071237A KR20210154332A (ko) 2020-06-12 2020-06-12 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200071237A KR20210154332A (ko) 2020-06-12 2020-06-12 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210154332A true KR20210154332A (ko) 2021-12-21

Family

ID=79165347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200071237A KR20210154332A (ko) 2020-06-12 2020-06-12 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210154332A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7704370B2 (en) Process for jointly obtaining a chlorine derivative and crystals of sodium carbonate
AU2009238625B8 (en) Method of making high purity lithium hydroxide and hydrochloric acid
US10661227B2 (en) Method for producing lithium hydroxide and lithium carbonate
KR101571251B1 (ko) 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 제조 방법
CA2581157A1 (en) Removing carbon dioxide from waste streams through co-generation of carbonate and/or bicarbonate minerals
JP2008514406A5 (ko)
WO2020128619A8 (en) Li recovery processes and onsite chemical production for li recovery processes
KR20100079827A (ko) 이산화탄소 포획 방법
US4214957A (en) System for electrolysis of sodium chloride by ion-exchange membrane process
KR101778411B1 (ko) 중조와 이산화염소의 동시 제조 설비 및 방법
KR20210154332A (ko) 전기분해에 의한 중탄산나트륨 제조 장치 및 그 방법
US4510026A (en) Process for electrolysis of sea water
KR20210154339A (ko) 전기분해 탄산염 제조 장치 및 그 방법
KR102355938B1 (ko) 탄산염 제조 방법
JP7463323B2 (ja) 海水電解による二酸化炭素固定システムおよび方法
JP3281728B2 (ja) 重水素製造装置
RU2011103157A (ru) Удаление диоксида углерода из потоков отходов путем совместного получения карбонатных и/или бикарбонатных минералов
KR820000613B1 (ko) 식염 전해방법
AU2009356416B2 (en) Using the solid waste-quicklime membrane SWQM process for the production of sodium hydroxide
JP3281727B2 (ja) 重水製造装置
CN111501059A (zh) 一种百分之三十二离子膜烧碱的工艺流程
JP2024511822A (ja) 高純度水酸化リチウム一水和物を製造する方法
JPS6057515B2 (ja) 重炭酸カリの製造法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application