KR20230129374A - 오존 스크러버 및 오존 스크러빙 방법 - Google Patents
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Abstract
오존을 포함하는 유입 가스와 환원액(15)을 접촉시키도록 구성된 기-액 접촉기(20)를 포함하는 오존 스크러버(10)에서 오존을 스크러빙하는 방법으로서, 상기 방법은 ° 기-액 접촉기(20)에 유입 가스를 공급하는 단계, ° 기-액 접촉기(20)에, 환원제의 수용액을 포함하는 신선한 환원액(fresh reducing liquid)을 공급하는 단계, ° 산성 pH 조건에서 환원액과의 환원 반응에 의해 유입 가스의 오존을 스크러빙하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 가스 흐름에 존재하는 오존을 제거 또는 파괴하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
오존(O3)은 소독, 살충제, 세척 및 표백을 위한 그의 다양한 특성에 대해 알려져 있다. 따라서, 오존은 예를 들어 수처리, 농업, 산업용 식품, 의료 및 제지 분야와 같은 수많은 산업에서 널리 사용된다.
오존은 또한 생물권(biosphere)의 오염 물질로 간주되며 주변 환경으로 방출되기 전에 파괴되어야 한다. 이러한 목적을 위해 열적 오존 파괴장치와 촉매적 오존 파괴장치가 제안되었다.
열적 오존 파괴장치는 오존이 불안정하고 온도가 상승하면 반감기가 매우 빠르게 감소한다는 사실에 기반한다. 파괴될 잔여 오존을 포함하는 가스 흐름을 히터가 있는 반응기에 통과시킨다. 가스는 섭씨 수백도까지 가열되어 오존 반감기가 매우 짧아진다. 반응기는, 작동 온도에서의 오존 반감기에 대해 가스 흐름이 반응기 내에서 상당히 긴 시간 동안 유지되고 오존이 감소하도록 설계된다.
이 방법은 가스 흐름의 잔류 오존 농도가 매우 낮더라도 전체 가스 흐름을 가열해야 하기 때문에 에너지 비용이 많이 든다는 단점이 있다. 에너지 소비를 줄이기 위해, 열 회수 시스템, 즉, 파괴장치 출구의 뜨거운 가스와 파괴장치 입구의 차가운 가스 사이에서 열을 전달하는 열교환기를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 해결책은 에너지 운영 비용을 줄이는 데는 매우 효과적이지만, 열 교환기가 상대적으로 비싸고 전체 오존 해결책(오존 생성장치 및 오존 파괴장치)의 투자 비용을 증가시킨다. 또한, 다른 화학 물질이 오존 유입 가스에 존재할 수 있으며, 이는 예를 들어 부식을 일으키는 등 열 파괴장치를 손상시킬 수 있다.
촉매적 오존 파괴장치에서는, 반응기가 과립 형태의 촉매로 충전된다. 오존 유입 가스는 오존 파괴를 유발하는 촉매 과립을 통해 유동된다. 이러한 촉매적 오존 파괴장치의 운영 비용은 열적 오존 파괴 장치에 비해 낮다.
그러나, 촉매적 오존 파괴장치는, 여러 화학 물질(예를 들어, 황 화합물)에 민감할 수 있고 쉽게 피독될 수 있는 촉매를 사용하는 단점이 있어서, 촉매의 빈번한 교체 및 이에 따른 고가의 운영 비용과 환경에 대한 큰 영향을 초래할 수 있다. 이러한 이유로 촉매적 오존 파괴장치는 모든 산업 공정에서 사용될 수는 없다.
마지막으로, 국제 특허공개 WO 93/18226호는, 용해된 유기 물질을 함유하고 예를 들어 제지 공정으로부터 입수할 수 있는 알칼리성 액체로 기체 스트림을 스크러빙하는 단계를 포함하는 오존 파괴 방법을 개시한다.
그러나, 본 발명자들은, 알칼리성 액체와 산소의 경쟁 반응과 관련하여 알칼리성 액체와 오존 사이의 반응의 선택성이 그다지 중요하지 않기 때문에 상기 선행 기술 공정이 효율적인 오존 파괴 및 공정 오프 가스로의 매우 낮은 오존 함량을 달성하지 못한다고 판단하였다.
따라서, 오존을 포함하는 산업용 가스를 고효율 및 저비용으로 처리할 수 있는 오존 파괴장치 또는 오존 스크러버가 필요하다.
이 목적은, 본 발명의 제1 양태에서, 오존을 포함하는 유입 가스와 환원액을 접촉시키도록 구성된 기-액 접촉기(gas-liquid contactor)를 포함하는 오존 스크러버(scrubber)에서 오존을 스크러빙하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은
a) 기-액 접촉기에 유입 가스를 공급하는 단계,
b) 기-액 접촉기에 환원제의 수용액을 포함하는 신선한 환원액(fresh reducing liquid)을 공급하는 단계,
c) 산성 pH 조건 하에서 환원액과의 환원 반응에 의해 유입 가스의 오존을 스크러빙하는 단계
를 포함한다.
산성 pH 조건을 선택하면, 오존의 높은 파괴 수율, 즉, 유입 가스 중의 대부분 또는 모든 오존을 파괴하기 위한 환원제의 적은 소비가 가능하다. 따라서, 본 방법은 비용-효율적이다. 산성 pH 조건은 기-액 접촉기에 공급되고/되거나 환원 반응의 산성 반응 생성물로부터 공급되는 산성 액체에 의해 얻어질 수 있다. 가열 또한 회피될 수 있으며, 환원 반응을 실온에서 수행할 수 있다. 예를 들어, 기-액 접촉기에는 촉매가 사용되지 않는다. 상기 단계는 바람직하게는 연속 공정으로 동시에 수행된다. 달리, 배치식 공정도 고려될 수 있다. 마지막으로, 신선한 환원액은 유입 가스에 대해 역류(countercurrent)로 공급되는 것이 바람직하다.
유리하게는, 환원제는 스크러빙 단계의 환원 반응이 산성 반응 생성물을 생성하도록 선택되며, 산성 반응 생성물은 산성 조건의 적어도 일부에 기여한다.
따라서, 산성 pH 조건은, 산성 액체 또는 시약의 첨가 없이 또는 제한된 첨가로, 기-액 접촉기에서 유지될 수 있다. 이것은, 본 방법의 높은 오존 파괴 수율 및 높은 비용-효율성에 기여한다. 바람직하게는, 오존 및 환원제 이외의 다른 시약은 환원 반응에 첨가되지 않는다.
유리하게는, 환원제는 황 및/또는 인 화합물을 기반으로 한다. 이러한 환원제는 쉽게 입수할 수 있으며, 산성 반응 생성물을 생성할 수 있다.
유리하게는, 환원제는 아황산염, 중아황산염, 메타중아황산염 및/또는 티오황산염을 포함한다. 이러한 환원제는 종이 펄프 제조와 같은 산업 공정의 폐액에 포함될 수 있으며, 이는 본 공정의 비용-효율성에 추가로 기여한다. 바람직하게는, 환원제는 아황산염이거나 아황산염을 포함한다.
유리하게는, 본 방법은, 스크러빙 단계 동안 기-액 접촉기를 통해 환원액의 적어도 일부를 재순환시키는 단계를 포함한다. 결과적으로, 산성 반응 생성물은 보다 효율적으로 산성 반응 조건에 기여할 수 있으며, 이는 오존 파괴 수율 및 비용-효율성 측면에서 유리하다.
바람직하게는, 본 방법은, 기-액 접촉기에 신선한 환원액을 공급하는 단계에서 신선한 환원액의 유량을 조절하여 기-액 접촉기에서 산성 pH 조건을 유지하는 단계를 포함한다. 결과적으로, 산성 반응 생성물은 보다 효율적으로 산성 반응 조건에 기여할 수 있으며, 이는 오존 파괴 수율 및 비용-효율성 측면에서 유리하다. 예를 들어, pH는 6 이하, 바람직하게는 5 이하 또는 바람직하게는 4 미만, 또한 바람직하게는 3 미만일 수 있다. pH는 0 초과 또는 1 이상 또는 2 이상일 수 있다.
유리하게는, 산성 pH 조건을 유지하는 단계 중에 일정한 pH가 유지되며, 이는 오존 파괴 수율 면에서 가장 좋은 결과를 제공한다. 예를 들어 일정한 pH는 2.5일 수 있다.
유리하게는, 산성 반응 생성물은 황산 및/또는 중황산나트륨이다. 이러한 산성 반응 생성물은 특히 아황산염, 중아황산염, 메타중아황산염 및/또는 티오황산염을 포함하는 환원액으로부터 쉽게 얻을 수 있다. 이들은 유의적인 부반응 없이 환원 반응의 산성 pH 조건에 기여할 수 있다. 환원 반응에서 최대 4, 최대 3, 바람직하게는 2.5의 pH를 유지할 수 있다.
유리하게는, 환원 반응에 의해 추가로, 산화된 반응 생성물이 생성되며, 상기 방법은
d)
환원 반응 후 (즉, 기-액 접촉기에서 순환한 후), 환원액의 적어도 일부를 탱크 또는 기-액 접촉기의 탱크 부분에 일시적으로 저장하는 단계,
e)
상기 탱크 및/또는 기-액 접촉기로 신선한 물을 공급하는 단계,
f)
상기 탱크 또는 탱크 부분의 환원액의 일부를 배수(draining)하는 단계,
g)
공급된 물 및/또는 배수된 환원액의 유량에 대해 작용시킴으로써 환원액 중의 산화된 반응 생성물의 농도를 제어하는 단계
를 추가로 포함한다.
이러한 추가적인 특징은 오존 스크러버에서의 산화된 반응 생성물의 침전을 방지하여 오존 파괴를 지속하게 할 수 있다. 산화된 반응 생성물은 산성 반응 생성물로부터 형성될 수 있거나, 산성 반응 생성물과 평형 상태에 있을 수 있다. 예를 들어, 산화 반응 생성물은 황산나트륨이다. 수돗물, 공업용수 또는 신선한 물과 같은 물이 환원액과 동시에 공급될 수 있다.
본 발명의 제2 양태는 본 발명의 제1 양태에 따른 오존 스크러빙 방법을 수행하도록 구성된 오존 스크러버로서, 오존 스크러버는
a)
기-액 접촉기,
b)
유입 가스를 공급하도록 구성된 가스 유입물 공급부,
c)
신선한 환원액를 공급하도록 구성된 신선한 액체 공급부(fresh liquid supply)
를 포함하고;
오존 스크러버는, 기-액 접촉기 전체에 걸쳐 환원액의 적어도 일부를 재순환시키도록 구성된 재순환 수단을 포함한다.
이러한 오존 스크러버는 본 발명의 방법에 특히 적합하며, 높은 수율의 오존 파괴 및 높은 비용-효율성을 얻을 수 있게 한다.
유리하게는, 오존 스크러버는 pH 제어기를 추가로 포함하며, 이는, 신선한 액체 공급부의 유량을 제어함으로써 기-액 접촉기 및/또는 재순환 수단에서 산성 pH 조건을 유지하도록 구성된다. 다시 말해서, pH 제어기는 환원 반응 동안 일정한 산성 pH 조건을 유지할 수 있다.
유리하게는, 오존 스크러버는 하기 요소를 추가로 포함한다:
d)
기-액 접촉기에서의 순환 후 재순환 이전에 환원액을 일시적으로 저장하도록 구성된 탱크 또는 기-액 접촉기의 탱크 부분,
e)
기-액 접촉기 또는 탱크에 물을 공급하도록 구성된 물 공급부,
f)
탱크 또는 탱크 부분으로부터 환원액의 일부를 배출시키도록 구성된 액체 배수부, 및
g)
공급된 물의 유속을 제어하고/하거나 배수된 환원액의 유속을 제어함으로써 환원액 중의 산화된 반응 생성물의 농도를 제어하도록 구성된 반응 생성물 제어기.
유리하게는, 기-액 접촉기는 플레이트 컬럼(plate column)이다. 이러한 기-액 접촉기는 최적화된 오존 파괴를 허용한다. 대안적으로, 다른 기-액 접촉기를 사용할 수도 있다.
본 발명의 추가적인 이점 및 바람직한 실시형태는 다음의 상세한 설명 및 도면으로부터 명백해질 것이며,
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 오존 스크러버의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 오존 스크러버의 개략도이다.
본 오존 스크러버 및 본 오존 스크러빙 방법은, 예를 들어 수처리, 식품 소독 또는 제지 생산과 같은 산업 공정에서 배출되는 유입 가스에서 오존을 제거 또는 파괴하기 위한 것이다.
오존 스크러버
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 오존 스크러버(10)는 예를 들어 천공된 플레이트(21)가 구비된 플레이트 컬럼 형태의 기-액 접촉기(20)를 포함한다. 기-액 접촉기(20)에는 가스 배출구(22)를 포함하는 탑정부(top)가 구비된다. 기-액 접촉기(20)는 그 기부(base) 부분에서 탱크(30)와 연결된다. 탱크(30)에는 오존을 포함하는 유입 가스를 공급하도록 구성된 가스 유입물 공급부(31), 탱크(30)로부터 액체를 배수 또는 배출하도록 구성된 액체 배수부(32) 및 액체 재순환 배출구(41)가 구비된다.
재순환 배출구(41)는, 환원액(15)을 기-액 접촉기(20)에 구비된 액체 공급부(44)를 향하여 재순환 배관(43)으로 배출하도록 구성된, 펌프(42)와 같은 펌핑 수단에 유체-연통적으로(fluidly) 연결된다. 액체 공급부(44)는 바람직하게는, 탱크(30)에 연결된 부분 반대쪽 또는 적어도 가스 유입물 공급부(31) 반대쪽의 기-액 접촉기 부분에 액체를 공급하도록 배치된다. 도 1의 바람직한 실시형태에서, 가스 유입물 공급부는 탱크(30) 내 오존 스크러버(10)의 탑저(bottom) 부분에 배치되고, 액체 공급부(44)는 오존 스크러버(10)의 탑정 부분, 즉 기-액 접촉기(20)의 탑정 부분에 배치된다. 재순환 배출구(41), 펌프(42), 재순환 배관(43) 및 액체 공급부(44)가 재순환 수단(40)을 형성한다.
결과적으로, 도 1의 바람직한 실시형태에서, 오존을 포함하는 유입 가스는 도 1의 상향 화살표에 따라 탱크(30)로부터 천공된 플레이트(21)를 통해 기-액 접촉기(20)의 탑정 부분을 향하여 위로 이동한다. 환원액(15)은 도 1의 하향 화살표에 따라 아래로 이동하고, 그 하향 흐름은 천공된 플레이트(21)에 의해 제한된다.
또한, 신선한 액체 공급부(50) 및 물 공급부(60)가 재순환 배관(43) 상에 제공된다. 신선한 액체 공급부(50)는 오존과의 반응에 의해 산성 반응 생성물이 생성되도록 선택된 신선한 환원액을 공급하도록 구성된다. 물 공급부는 오존 스크러버(10)에 물(예를 들어, 신선한 물, 또는 예를 들어 산성 화합물을 포함하는 기-액 공급 장치에서 수행되는 반응과 호환되는 수성 배출물)을 제공하도록 구성된다.
또한, 본 오존 스크러버는 pH 제어기(70) 및 반응 생성물 제어기(80)를 포함할 수 있다. pH 제어기(70)는 신선한 액체 공급부(50)의 밸브 및 도 1의 탱크(30)에 제공된 하나 또는 여러 개의 pH 센서에 연결된다. 대안적으로 또는 조합되어, 이것은 또한, 기-액 접촉기(20) 및/또는 재순환 배관(43)에 제공된 하나 또는 여러 개의 pH 센서에 연결될 수 있고, 적어도 산성 pH, 예를 들어 6.5 미만, 바람직하게는 이보다 낮은 산성 pH를 유지하도록 프로그래밍된다.
반응 생성물 제어기(80)는 물 공급부(60)의 밸브, 액체 배수부(32)의 밸브, 및 환원액(15) 중의 산화 반응 생성물의 농도를 검출 또는 측정하도록 구성된 산화된 반응 생성물 센서에 연결될 수 있다. 반응 생성물 센서는 예를 들어 산화환원 센서이고, 도 1에서와 같이 탱크(30)에 및/또는 기-액 접촉기(20) 또는 재순환 배관(43)에 제공될 수 있다.
펌프(42)는 액체, 특히 산성 및/또는 환원액을 이동시키도록 구성된 임의의 종류의 펌프일 수 있다. 이의 예로는 원심력 펌프, 정주기(peristatic) 펌프, 기어 펌프, 스크류 펌프 및 근엽(roots lobe) 펌프가 포함된다. 펌프 속도 및/또는 펌프(42)로 인해 재순환되는 환원액의 유동은, 예를 들어 가스 유입구(31)에서의 가스 유입 유량에 기초하여 및/또는 가스 배출구(22)에서의 오존 농도에 기초하여 제어될 수 있다. 바람직하게는 가스 배출구(22)의 오존 농도는 로컬 규정에 따라 100 ppb 이하일 수 있다.
다른 실시형태에서, 신선한 액체 공급부는 기-액 접촉기 상에 (예를 들어, 탑정 부분 및/또는 탱크 상에) 제공된 신선한 액체 유입구에 연결될 수 있다. 유사하게, 물 공급부는 신선한 액체 공급부에 또는 기-액 접촉기(예를 들어 탑정 부분 및/또는 탱크) 상에 제공된 물 공급부 입구에 연결될 수 있다.
도 1에서 기-액 접촉기(20)는 플레이트형 컬럼이지만 임의의 형태의 기-액 접촉기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 기-액 접촉기는 낙하막 컬럼, 패킹형 컬럼, 버블 컬럼, 분무탑, 기-액 교반형 용기, 회전 디스크 접촉기 또는 벤츄리 튜브일 수 있다.
기-액 접촉기의 종류와 특정 공정에 따라 탱크는 탱크 부분의 형태로 기-액 접촉기에 통합될 수 있다. 예를 들어, 기-액 접촉기의 탑저 부분이 환원액으로 충전되어 탱크 부분으로 작용할 수 있고, 재순환 배출구가 이러한 기-액 접촉기의 탱크 부분 상에 배치될 수 있다. 액체 배출구 또한 탱크 부분 상에 배치될 수 있고/있거나 재순환 배출구 또는 재순환 배관으로부터 유도된 것일 수 있다. 마지막으로, 가스 유입구가 또한 탱크 부분 상에 또는 기-액 접촉기의 탑저 부분 상에 제공될 수 있다.
본 발명의 오존 스크러버(10)는 숙련자에게 공지된 바와 같이 규정 및/또는 우수한 제조 관행이 요구하는 모든 밸브, 튜브, 센서 및 안전 수단을 포함한다.
오존 스크러빙 방법
오존 스크러버(10)를 이용한 오존 스크러빙 방법이 본원에서 개시된다. 예를 들어, 5 내지 15% v/v의 오존, 예를 들어 약 10% v/v의 오존을 포함하는 오존 포함 유입 가스가 기-액 접촉기(20)에 공급된다. 이 유입 가스는, 예를 들어 종이 펄프 제조를 위한, 오존을 포함하는 산업 공정에서 나온 것일 수 있으며, 안전 및 환경상의 이유로 환경으로 방출되기 전에 오존이 파괴되어야 한다.
신선한 환원액이 기-액 접촉기(20)에 공급된다. 이 신선한 환원액은 바람직하게는 오존과의 반응에 의해 산성 반응 생성물이 생성되도록 선택된다. 예를 들어, 신선한 환원액은, 하나 또는 여러 가지의 산성 반응 생성물을 생성하기 위해, 오존과 반응하는 하나 또는 여러 가지의 환원제를 포함한다.
오존 스크러버(10)에 포함된 환원액(15)의 적어도 일부는 유입 가스와 접촉한 후 기-액 접촉기(20) 전체에 걸쳐 재순환된다. 이 재순환은 재순환 수단(40)에 의해 수행될 수 있고, 유입 가스와 환원액(15) 사이의 접촉 기간을 최적화하고 기-액 접촉기(20) 및 환원액(15)에 산성 pH 조건을 제공하기 위한 것이다. 재순환은 환원 반응을 위한 산성 pH 조건을 유지하는 데 기여할 수 있다.
또한, 기-액 접촉기로의 신선한 환원액의 공급을 제어하는 pH 제어기(70)에 의해 기-액 접촉기에서 산성 pH 조건이 유지될 수 있다. 실제로, 환원액은 산성이 아니라 중성 또는 염기성일 수 있으므로, 기-액 접촉기(즉, 환원액)에서 산성 pH 조건을 유지하기 위해서는 신선한 환원액 공급의 유량을 조절 또는 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게는, 신선한 환원액 공급은 기-액 접촉기 내로 일정한 산성 pH가 유지되도록 제어된다.
산화된 반응 생성물이 환원 반응에 의해 생성될 수 있다. 이 산화된 반응 생성물은 산성 반응 생성물로부터 형성될 수 있고/있거나 산성 반응 생성물과 평형 상태에 있을 수 있다. 대안적으로, 산화된 반응 생성물만이 형성되고 산성 반응 생성물은 형성되지 않을 수 있다. 바람직하게는 산화된 반응 생성물의 농도는 다음과 같이 제어될 수 있다.
환원액(15)의 적어도 일부는, 탱크(30) 또는 기-액 접촉기(20)의 탱크 부분에서 오존과 반응한 후, 예를 들어 기-액 접촉기(20) 전체에 환원액(15)을 재순환시키기 전에, 저장된다.
신선한 물이 탱크(30) 또는 기-액 접촉기(20)로 공급되고, 환원액(15)의 일부가 탱크(30) 또는 기-액 접촉기(20)의 탱크 부분에서 배수된다.
따라서, 환원액(15) 내로의 산화된 반응 생성물의 농도는, 신선한 물 공급부(60) 및/또는 액체 배수부(32)의 유량에 대해 작용하는 반응 생성물 제어기(80)에 의해 제어된다. 이는 기-액 접촉기(20)에서 발생할 수 있는 원치 않는 부반응 및/또는 산화된 반응 생성물(들)의 침전을 피하게 한다.
화학적 세부사항
어떠한 이론에도 구속됨이 없이, 오존은 본 발명의 방법에 의해 산소로의 환원을 통해 파괴될 수 있다. 따라서, 환원제는 산성 반응 생성물로 산화되고/되거나 가수분해될 수 있다.
오존을 포함하는 가스 유입물은 또한 일반적으로 강력한 산화제인 산소를 포함한다. 본 발명자들은 환원제와 산소 사이의 반응에 대한 환원제와 오존 사이의 반응의 선택성이 산성 조건에서 더 우수하다고 판단하였다. 즉, 환원제는 산성 pH 조건에서 산소보다 오존과 더 빠르게 반응한다.
예를 들어, 환원액은 용매로서의 물 또는 적어도 양성자성 용매(예컨대, 알콜)를 포함하고, 환원제(들)는 아황산칼륨 또는 아황산나트륨(Na2SO3), 중아황산칼륨 또는 중아황산나트륨(NaHSO3), 메타중아황산 칼륨 또는 나트륨(Na2S2O5), 티오황산칼륨 또는 티오황산나트륨(Na2S2O3), 수용성 유기 인 예컨대, 트리스 (2-카르복시에틸)포스핀, 시스테인 염, 아질산염 예컨대, 아질산칼륨 또는 아질산나트륨(NaNO2), 에틸렌디아민테트라아세트산(이의 EDTA 염)의 수용성 염, 포스핀산염 및/또는 아인산염 중에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, 환원제는 아황산칼륨 또는 아황산나트륨(Na2SO3), 중아황산칼륨 또는 중아황산나트륨(NaHSO3), 메타중아황산 칼륨 또는 나트륨(Na2S2O5), 티오황산칼륨 또는 티오황산나트륨(Na2S2O3)과 같은 황 환원제이거나 이를 포함한다. 바람직하게는, 환원액은 적어도 아황산칼륨 또는 아황산나트륨(Na2SO3)을 포함한다.
아황산염 또는 중아황산염을 기반으로 하는 환원제의 경우 물에서 하기와 같이 아황산, 중아황산염 및 아황산염 사이의 평형이 각각 발생한다: H2O,SO2 ↔ HSO3 - ↔ SO3 2-.
이러한 환원제와 오존 사이에는 수많은 반응이 발생할 수 있으며, 가장 중요한 반응은 다음과 같다:
H2O + SO3 2- + O3 → SO4 2- + H+
H2O + HSO3 - + O3 → SO4 2- + H+
H2O + H2O,SO2 2- + O3 → SO4 2- + H+
결과적으로, 오존과 환원제의 반응은 산성 반응 생성물로서 황산 및/또는 중아황산염을 생성한다. 황 환원제를 포함하는 환원액은 기-액 접촉기로 유입되기 전에는 중성 또는 알칼리성일 수 있지만, 산성 반응 생성물의 생성 및 환원액의 재순환으로 인해 산성이 된다. 실제로, 기-액 접촉기에서 환원액이 더 많이 재순환될수록 환원액에서 산성 반응 생성물 농도가 더 많이 증가하고 환원액이 더 산성이 된다(즉, pH가 더 많이 감소한다).
따라서, 본 발명에서 황 환원제와 오존 사이의 반응의 부산물인 이 산성 반응 생성물은 기-액 접촉기에서 산성 pH 조건을 촉진하는 데 사용될 수 있다. 또한, 산성 반응 생성물 및/또는 환원 반응으로부터 아황산나트륨 형태의 산화 반응 생성물이 형성될 수 있다. 공지된 바에 따르면, 그러한 산화된 반응 생성물은 환원액에서 특정 농도 이상으로 침전될 수 있다.
또한, 본 발명자들은 기-액 접촉기의 산성 반응 조건이, 산소와의 경쟁 반응과 관련하여 환원제와 오존 사이의 반응에 유리함을 입증하였다.
실험적 시도
약 2 l의 총 부피를 갖는 10-플레이트 컬럼을 포함하는 전술한 바와 같은 오존 스크러버(10)를 설치하였다. 오존 스크러버에는 가스 유입물 공급부(31)에서 표준 온도 및 압력 하에서 180 g/㎥의 오존을 포함하는 200 l/h 유입 가스가 공급되었고, 신선한 액체 공급부(50)에서 200 g/l의 농도 및 8 내지 10의 알칼리성 pH의 아황산 수용액이 공급되었다. 펌프(42)를 켜서 25 l/h의 유속 및 5 l의 오존 스크러버(10)내 환원액 총 부피로 환원액의 재순환을 수행하였다. pH는 신선한 액체 공급부(50)에서 환원액의 유량을 제어하여 다양한 값으로 제어되었다. 가스 배출구의 농도를 100 ppb 미만으로 모니터링하고 실험을 실온에서 수행하였다.
다양한 pH 수준에서 환원제의 소비를 확인하였으며 그 결과는 다음 표와 같다.
결과적으로 가장 낮은 pH, 즉 pH 2.5에서 가장 낮은 아황산염 소비가 나타났으며, pH = 9의 알칼리성 조건은 중요하고 비효율적인 아황산염 소비를 제공한다.
따라서, 본 발명은 오존을 파괴하기 위한 환원제의 사용을 최적화하고, 이에 따라, 본 오존 스크러빙 공정의 작동 비용을 제한할 수 있게 한다.
본 발명을 상세하게 설명하고 예시하였지만, 이는 단지 예시용으로 및 예를 든 것이며 제한적으로 받아들여져서는 안 되고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위의 문언에 의해서만 제한됨을 분명히 이해해야 한다.
Claims (13)
- 오존을 포함하는 유입 가스와 환원액(15)을 접촉시키도록 구성된 기-액 접촉기(20)를 포함하는 오존 스크러버(scrubber)(10)에서 오존을 스크러빙하는 방법으로서,
기-액 접촉기(20)에 유입 가스를 공급하는 단계,
기-액 접촉기(20)에, 환원제의 수용액을 포함하는 신선한 환원액(fresh reducing liquid)을 공급하는 단계,
산성 pH 조건에서 환원액과의 환원 반응에 의해 유입 가스의 오존을 스크러빙하는 단계
를 포함하는, 오존 스크러빙 방법. - 제1항에 있어서, 환원제는 스크러빙 단계의 환원 반응이 산성 반응 생성물을 생성하도록 선택되고, 산성 반응 생성물은 산성 조건의 적어도 일부에 기여하는, 오존 스크러빙 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 환원제는 황 또는 인 화합물을 기반으로 하는 것인, 오존 스크러빙 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 환원제는 아황산염, 중아황산염, 메타중아황산염 및/또는 티오황산염을 포함하는 것인, 오존 스크러빙 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 스크러빙 단계 동안 기-액 접촉기(20) 전체에 환원액(15)의 적어도 일부를 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 오존 스크러빙 방법.
- 제2항 및 제2항에 종속되는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 기-액 접촉기(20)에 신선한 환원액을 공급하는 단계에서 신선한 환원액의 유속을 제어함으로써 기-액 접촉기(20)에서 산성 pH 조건을 유지하는 단계를 포함하는, 오존 스크러빙 방법.
- 제6항에 있어서, 산성 pH 조건을 유지하는 단계에서 일정한 pH가 유지되는, 오존 스크러빙 방법.
- 제2항 또는 제2항에 종속되는 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 산성 반응 생성물이 황산 및/또는 중황산나트륨인, 오존 스크러빙 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 환원 반응에 의해 산화된 반응 생성물이 추가로 생성되며,
환원 반응 후 환원액의 적어도 일부를 탱크(30) 또는 기-액 접촉기의 탱크 부분에 일시적으로 저장하는 단계,
상기 탱크(30) 및/또는 기-액 접촉기(20)에 신선한 물을 공급하는 단계,
상기 탱크(30) 또는 탱크 부분의 환원액(15)의 일부를 배수하는 단계,
공급된 물 및/또는 배수된 환원액의 유량에 대해 작용시킴으로써 환원액(15) 중의 산화된 반응 생성물의 농도를 제어하는 단계
를 추가로 포함하는, 오존 스크러빙 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 오존 스크러빙 방법을 수행하도록 구성된 오존 스크러버(10)로서,
기-액 접촉기(20),
상기 유입 가스를 공급하도록 구성된 가스 유입물 공급부(31),
상기 신선한 환원액을 공급하도록 구성된 신선한 액체 공급부(50)(fresh liquid supply)
를 포함하고,
이때 오존 스크러버(10)는, 기-액 접촉기(20) 전체에 걸쳐 환원액(15)의 적어도 일부를 재순환시키도록 구성된 재순환 수단(40)을 포함하는, 오존 스크러버(10). - 제10항에 있어서, 오존 스크러버(10)는 신선한 액체 공급부(50)의 유량을 제어함으로써 기-액 접촉기(20) 및/또는 재순환 수단(40)에서 산성 pH 조건을 유지하도록 구성된 pH 제어기(70)를 추가로 포함하는, 오존 스크러버(10).
- 제10항 또는 제11항에 있어서, 오존 스크러버(10)는
기-액 접촉기(20)에서의 순환 후 재순환 이전에 환원액(15)을 일시적으로 저장하도록 구성된 탱크(30) 또는 기-액 접촉기(20)의 탱크 부분,
기-액 접촉기(20) 또는 탱크(30)에 물을 공급하도록 구성된 물 공급부(60),
탱크(30) 또는 탱크 부분으로부터 환원액(15)의 일부를 배출시키도록 구성된 액체 배수부(32), 및
공급된 물(60)의 유속을 제어하고/하거나 배수된 환원액(32)의 유속을 제어함으로써 환원액(15) 내의 산화된 반응 생성물의 농도를 제어하도록 구성된 반응 생성물 제어기(80)
를 추가로 포함하는, 오존 스크러버(10). - 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 기-액 접촉기(20)는 플레이트 컬럼인, 오존 스크러버(10).
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