KR20090103653A - 냉각순환 시스템을 이용한 폐염산 회수설비에서의 염산재생효율 증대장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐염산 회수 및 재생하는 공정에서, 흡수수 냉각순환시스템을 이용한 염산 재생효율의 극대화장치에 관한 것으로서,

폐염산으로부터 열 가수분해 반응을 일으키는 반응로와 배풍기에 의해 흡수되는 염화수소 가스를 염산 수용액으로 재생하기 위해 충진층으로 구성된 흡수재생설비, 상부에서 분무된 세정수를 순환시켜 재생염산을 회수하는 농도조절장치, 세정수를 공급하도록 하는 펌프, 흡수수의 온도를 낮추어 배출가스 중 염화수소 포집과 수증기 응축에 의해 먼지를 제진하는 흡수액 냉각장치로 구성된 공정에 있어서,

흡수재생설비에서 염산의 재생효율을 향상시키기 위한 산세세정수의 순환냉각과, 대기오염물질을 포함한 배출가스를 프로그래밍된 제어시스템에 따라 유량조절부, 압력조절부, 온도조절부가 서로 인터페이스 되도록 구성되어 있는 설비를 통해 제어함으로써 재생염산의 농도 조절을 용이하게 하여 재활용의 가치를 높일 수 있고, 배출가스 내 대기오염물질 (HCl, Dust)과 수분을 저감시켜 배출가스 총량 저감 및 굴뚝자동측정망(TMS)의 안정화를 제공한다.

Description

냉각순환 시스템을 이용한 폐염산 회수설비에서의 염산 재생효율 증대장치{An enlargement device of HCl reclaiming efficiency of a waste acid regeneration plants which uses a cooling circulation system.}

본 발명은 철강 소재의 염산 세척공정에서 발생하는 폐염산을 산 회수설비에서 재생 염산으로 회수하는 기술로서, 보다 상세하게는 폐염산 회수 공정 중 열가수분해에 의해 분리된 고온 염화수소 가스가 흡수재생설비에서 냉각 순환하는 산세세정수 ; 염산세척공정에서 소재의 잔류 염산을 순수로 헹구는 공정에서 발생하는 미량농도의 염산용액 ; 와의 직접 접촉을 통해 온도가 낮아져 응축수가 생성됨으로써 잔량의 대기오염물질과 함께 흡수되어, 재생염산의 흡수 효율을 증대시키는 장치에 관한 것이다.

철강산업에서 탄소강 표면에 생성된 스케일 층을 제거하기 위해 도입된 염산세척공정에서 세척 후 얻어진 부산물을 폐염산이라 한다. 폐염산 용액은 환경오염 측면에서 폐기가 불가하므로 열 가수분해 반응을 이용하여 염화수소와 금속 산화물로 분리하고, 친수성인 염화수소 가스를 물로 회수하여 재생하게 된다. 이처럼 재생된 염산은 염산세척공정에서 재사용하고자 폐염산 회수 공정을 설치하여 운영하고 있다.

폐염산 회수는 공정이 진행되는 배소로에서 발생하는 가스상 물질을 배풍기에 의한 압력 조정을 통해 대기로 배출하는데, 그 전에 농축, 흡수, 응축 과정을 거쳐 오염물질을 흡수재생하게 된다.

발생된 폐산 용액은 최초 기액분리조에 유입되고, 분리된 액상 폐산은 농축조에서 고온의(400℃) 배소가스에 의한 수증기의 증발을 통해 농축 후 배소로에 유입되어 열 가수분해 반응으로 산성 기체와 금속산화물로 분리된다. 산성 기체는 배풍기의 부압에 의해 싸이클론과 농축설비를 거쳐 입자상 물질이 제거되고, 다시 기액 분리기를 통해 분리된 산성 가스는 세라믹 재질의 충진물로 채워진 흡수재생설비 하부로 유입되어 상부에서 분무되는 물에 의해 흡수되어 흡수액은 하부로 배출되고 잔류 가스는 대기로 배출된다.

흡수재생설비 내부에는 산에 강한 세라믹, 티타늄, 플라스틱 재질의 충진물이 채워지지만 충진층이 깊어 하부에서 세정수가 고르게 퍼지지 않고 한쪽으로 흐르는 편류현상이 발생하고, 자체 하중과 상부에서 분무되는 수압 때문에 충진물 파손과 지지대의 장기적인 침하가 발생한다. 또한 상부에서 분무되는 세정수는 고온의 배소가스(염화수소)와의 열교환으로 온도가 상승하고, 포화수증기압에 의해 가스포집율이 낮아짐으로써 재생염산의 농도 관리가 어렵게 된다.

이처럼 배소가스 중에 염화수소의 흡수재생효율이 낮아짐에 따라 대기로 배출되는 염화수소 가스의 간헐적인 기준치 초과(배출허용기준 15 ppm)와 백연과 같은 가시적인 오염도를 유발하기 때문에 보다 많은 양의 세정용수를 사용하게 될 뿐만 아니라 하부로 배출되는 재생염산은 염산 세척설비에서 요구하는 18％ 염산 농도 기준에 못 미치게 되어 새로운 35％ 염산의 희석량이 많아짐으로써 경제적 손실이 발생하기 때문에 보다 효율적인 방지시설이 필요한 실정이다.

본 발명은 배소로에서 고온의 열풍에 의해 열 가수분해가 일어나는 폐염산을 재생염산으로 회수하는 설비에서, 산세세정수의 온도 상승으로 염화수소 흡수효율이 저하되고, 회수되는 염산의 수증기압이 상승하여 과포화된 수증기가 염화수소와 함께 최종적으로 굴뚝 밖에 배출됨으로써 배출가스의 간헐적인 기준치 초과(배출허용기준 15 ppm) 및 총량이 증가하며, 굴뚝자동감지시스템(TMS)의 오지시 및 기계적 결손이 발생하게 된다.

따라서 경제적 및 환경적 가치의 창출을 위해 염화수소의 흡수효율을 높이고, 안정적으로 농도를 관리하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 종래기술에서 발생되는 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 흡수재생설비에서 회수되지 않은 잔량의 염화수소 가스가 다음 공정의 흡수세정탑에서 열교환기를 통해 냉각되어 최초로 분무되는 산세세정수에 흡수되는 단계, 흡수세정탑 하부로 배출되는 산세세정수가 다시 열교환기를 통해 냉각되어 이전 공정의 흡수재생설비로 공급되는 단계, 내부 충진층을 상하부로 나누어 2단 분무배관을 형성한 흡수재생설비에서 상부는 흡수세정탑으로부터 유출되어 냉각된 산세세정수를 분무하고, 하부는 지속적으로 순환분무하는 동안 수위 지시계를 모니터링 하여 일정농도의 재생염산이 회수되기까지 조절하는 단계에 이르기까지 18％ 이상으로 염화수소의 안정적으로 회수하는데 그 특징이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 폐 염산회수설비의 흡수재생설비에서 순환분무되는 산세세정수를 지속적으로 냉각시켜 배소가스와 접촉 시 포화수증기압을 낮춤으로써 염화수소 가스 흡수효율을 증가시키고, 이에 따라 발생되는 18％ 재생염산의 농도관리가 용이해지며, 이는 염산 재사용과 폐수 발생량 감소에 따른 경제적 가치와, 최종 배출가스 온도를 40℃ 이하로 낮춤으로써 과포화상태의 가스중 수분응축을 통해 배출가스의 유량및 대기오염물질 총량 저감과, 배출가스의 수분 저감을 통한 굴뚝자동감지시스템(TMS) 의 오지시 및 기계적 결손을 방지하는 효과를 제공한다. 또한 분무되는 세정수의 양을 줄이고, 흡수재생설비의 내부 충진층을 2단 분리함으로써 자체 하중과 상부 수압으로 발생되는 충진물 및 지지대의 파손을 줄여 설비의 수명을 연장시키는 효과를 제공한다.

도 1은 일반적인 폐염산 회수 설비의 계통도.

도 2는 본 발명의 냉각순환시스템을 이용한 재생염산 흡수설비의 계통도

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

철강 소재의 염산 세척조로부터 발생하는 폐염산을 최초로 공급받아 전(前) 단의 고온가스와 접촉하여 수분의 증발을 통해 농축을 유발하는 농축설비(20)와, 농축설비(20)에서 폐염산이 순환하는 과정에서 상부로 고온의 염화수소가스를 배출하고 하부로 농축염산을 분리하는 기액분리조(30)와, 농축된 폐염산을 버너(11)가 달린 원통형의 로 안에서 열 가수분해 반응을 유발하여 하부로는 산화된 철 분말을 배출하고, 상부로는 미세한 철 분말을 포함한 고온의 배소가스를 배출하는 배소로(10)와, 상기의 염화수소를 포함한 배소가스를 하부로 공급받아 2단의 내산성 충진물(48)과 상부에서 분무되는 산세세정수와의 접촉을 통해 재생염산으로 배출되는 흡수재생설비(40)와, 흡수재생설비(40)의 상부로 배출되는 가스를 산세세정수를 이용하여 최초로 세정하는 흡수세정탑(50)과, 상기의 흡수설비에서 고온 배출가스와의 열교환을 통해 수증기 응축을 유발하기 위해 산세세정수를 30℃ 이하로 간접적 냉각시켜주는 열교환기(100)와, 흡수재생설비(40)와 열교환기(100)를 지속적으로 순환시켜주는 배관과 펌프(41)(51)를 설치하여 효율적인 농도제어시스템을 구축하는데 그 기술적 특징이 있다.

염산세척과정에서 발생한 폐염산이 농축설비(20)로 공급되면 고온의 배소가스와 접촉함으로써 액체(수분) 일부가 증발되어 농축되고, 농축된 폐염산액은 유량조절밸브(22)를 통해 원통형의 배소로(10)에 공급된다. 비교적 높은 공기비로 운용되는 버너(11)에서 연소된 고온의 연소가스가 배소로(10)의 하부에 공급되어 상부에서 하방향으로 분사되는 농축 폐염산액의 승온 및 수분 증발과 열 가수분해를 유도함으로써 산화철과 배소가스를 분리시키고, 산화철 입자는 아랫부분이 좁아지는 원뿔 형태의 배소로(10) 하부에서 회수된다.

배소로(10) 상부에서는 배풍기(70)의 부압(-)에 의해 배소가스가 배출되는데, 미세 산화철 입자와 염화철을 극미량 포함하는 배소가스는 사이클론(12)과 같은 집진장치에서 산화철 입자와 가스로 일차적으로 분리하고, 분리된 산화철 입자는 배소로(10)에 재순환시키며, 가스는 농축설비(20) 및 기액분리조(30)에서 분리되어 다음 공정으로 공급된다.

농축설비(20)에서는 농축 폐산을 세정용액으로 사용하여 배소가스 중의 잔류 산화철 입자를 다시 염화철로 반응시켜 철성분을 완전히 제거하게 되는데, 공급된 400℃이상의 가스는 폐산내 수분 증발을 유발할 수 있는 충분한 열원을 공급하고 포집된 산화철 입자의 산세작용 등으로 폐산 내 염화철의 농도가 높아진다.

산화철 입자가 거의 제거된 가스는 다량의 증기와 염산을 포함하고 있으며, 염화수소 및 염소 가스는 기액분리조(30)의 다음 단계인 흡수재생설비(40)로 유입되어 산세세정수와 접촉하여 18％ 재생염산용액으로 재생된다.

본 발명에서는 배소로(10)에서 최초로 발생된 고온(90℃)의 불포화 가스가 배풍기(70)의 부(-)압에 의해 흡수재생설비(40)에서 분무되는 산세세정수에 접촉하게 되고, 직접 열전달 및 증발잠열을 통해 포화수증기압이 저하되어 저온 포화가스로 배출되어 배출가스 냉각 효과와, 염산 재생효율이 증가함을 특징으로 한다. 보다 자세하게 설명하자면, 순환 산세세정수를 펌프(51)에 의해 상부로 올려지기 전에 흡수세정탑(50) 전단의 열교환기(100)를 통해 온도를 하강시킨 후 흡수재생설비(40) 상부에서 저온의 세정수를 분무시키면 저온의 세정수는 고온가스와의 온도차이로 인해 가스 중의 열량을 빼앗으며 온도가 상승하게 된다. 이와 같은 과정에서 고온의 불포화 가스는 저온의 포화가스 상태에 접근하게 되어 가스중의 수분이 응축하게 된다. 이때 응축되는 수분은 염화수소 가스가 산세세정수로 흡수되기 위해 이동하는 방향과 동방향을 이루어 염화수소 가스의 흡수성능이 상승하게 된다. 또한 흡수재생설비(40)와 흡수세정탑(50)의 상부 덕트에는 온도지시계(45)가 설치되어 배출가스 온도를 실시간으로 감지하는데, 이는 열교환기(100)의 냉각수 온도 및 유량을 조절함으로써 전체 냉각시스템을 제어하기 위함이다.

흡수재생설비(40) 내부에는 액-가스의 접촉을 위한 촉매로서 플라스틱(P.P) 재질의 충진물(48)을 충진층 중간부에 새로이 지지대를 설치하여 2단으로 분리하였으며, 상부와 하부에 2중 분무장치를 설치함으로써 편류 및 압력손실이 낮아진다. 이 때 펌프(41)에 의해 공급되는 산세세정수는 유량제어시스템(47)에서 자동조절밸브(46)에 의해 적정 유량을 상부로 공급되고, 하부의 세정수는 미리 채워진 세정수와 상부에서 낙하된 세정수가 순환 분무를 통해 산성 가스를 포집하며, 하부 수위지시계(42)가 감지하여 일정 수위에 도달하면 유량제어시스템(43)에서 자동밸브(44)를 열어 재생염산 저장조(100)로 이송한다. 이렇게 생성된 18％ 이상의 재생염산은 저장조(100)에서 염산세척 공정으로 이송하여 재사용하게 된다.

흡수재생설비(40) 상부로 배출되는 잔류 가스는 첫 번째 흡수세정탑(50)으로 공급된다. 여기서는 산세세정수가 최초로 공급되어 잔류 가스내 염화수소 잔류물을 흡수하여 염화수소의 농도를 떨어뜨린 후 하부로 배출된 세정수는 열교환기(100)를 거쳐 순환펌프(51)에 의해 순환되며, 일부 유량은 흡수재생설비(40)로 이송된다. 열교환기(100)를 통과하는 냉각수 배관에는 압력발신기(91)가 설치되어 배관압을 통해 스케일 형성 여부를 감시하여 배관막힘을 사전에 방지한다.

이후 두 번째 중화세정탑(60)에서는 중화액이 순환 공급되며 순환 배관 내에는 pH지시계(62)가 설치된다. pH 신호는 운전자가 메인 조작부에서 감시할 수 있도록 하며, 중화액 및 배출유량을 조절하여 항상 중성 조건이 되도록 한다.

최종 중화된 가스는 배풍기(70)를 지나 굴뚝(80)을 통해 배출하도록 한다.

Claims (1)

1. 배소로(10)에서 굴뚝(80)에 이르기까지 전체 공정의 가스 압력을 조절하는 배풍기(70)와, 폐염산을 공급받아 염화수소 가스와 산화철 분말로 열 가수분해시키는 배소로(10), 배소로(10)로부터 배출된 분진을 제거하고 폐염산을 농축하는 농축설비(20), 농축된 폐염산과 배소가스를 분리하여 각각 폐염산 순환배관 및 흡수재생설비(40)로 공급하는 기액분리조(30), 상기 배소가스를 18％ 이상의 재생염산으로 회수하는 흡수재생설비(40), 산세세정수가 최초로 공급되어 흡수재생설비(40) 상부로 배출되는 미량농도의 염화수소 가스를 흡수하는 흡수세정탑(50), 흡수재생설비(40)와 흡수세정탑(50)에 공급되는 산세세정수를 냉각시켜주는 열교환기(100)를 포함한 폐염산 회수설비에서, 상기 흡수재생설비(40)의 내부를 2단 분리하고 하부에 분무배관 및 순환배관을 새로이 설치하여 전체공정의 압력손실 저감, 내부 충진물(48)에서 산세세정수의 편류방지, 재생염산의 회수효율 증가를 위한 순환 냉각시스템을 포함하여 구성된 재생염산 효율 증대장치.