KR100722942B1 - 물리화학적 공정에 의한 에탄올아민 회수방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자력 및 화력 발전소에서 사용된 에탄올아민을 회수하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 유입된 폐수는 양이온교환수지를 이용한 에탄올아민포획농축단계와; 상기 양이온교환수지에 의해 에탄올아민이 포획농축된 폐수를 60~100℃로 가열하는 1차 증류단계와; 상기 1차 증류단계를 거친 폐수를 100~200℃로 가열하는 2차 증류단계;를 거쳐 에탄올아민을 함유한 폐수에서 고가의 에탄올아민을 회수하는 것을 그 주요 구성으로 한다.

에탄올아민, 원전 폐수처리, 이온교환, 증류, 냉각

Description

물리화학적 공정에 의한 에탄올아민 회수방법{ETHANOLAMINE RECOVERY METHOD WITH PHYSICOCHEMICAL PROCESS}

제 1도는 본 발명에 따른 복합공정에 의한 에탄올아민 폐수의 회수공정을 나타낸 블록도

제 2도는 본 발명의 일 실시예가 적용되는 시스템을 도시한 개략도

* 도면의 주요부호에 대한 설명 *

1: 이온교환수지탑 2: 양이온교환수지 3: 가성소다 탱크

4: 가성소다액 5: 공기 6: 흡착탑

7: 흡착제 8: 증발탑 9: 가열장치

10:냉각장치 11:회수탱크

본 발명은 원자력 및 화력 발전소에서 사용된 에탄올아민을 함유한 폐수를 양이온교환수지를 이용한 에탄올아민포획농축단계와; 상기 양이온교환수지에 의해 에탄올아민이 포획농축된 폐수를 60~100℃로 가열하는 1차 증류단계와; 상기 1차 증류단계를 거친 폐수를 100~200℃로 가열하는 2차 증류단계;를 거쳐 유입된 폐수 에서 고가의 에탄올아민을 회수하는 방법에 관한 것이다.

원자력 및 화력 발전소는 원자력에너지 또는 화석연료로부터 전기에너지를 얻기 위하여 에너지 전달매체로서 물을 사용하는데, 일반적으로 발전소에서의 물/증기 순환계통은 물을 기화하여 터빈을 회전시켜 전기를 생산한 후 증기를 다시 물로 응축시켜 재순환한다.

이때 응축된 물에서 각종 구성기기는 부식되어 손상될 수 있으므로, pH 제어제 및 화학전위 조절제 등 화학약품을 주입한다. 이는 전기화학적으로 각종 금속의 부식을 억제할 수 있기 때문이다.

이러한 원자력 및 화력 발전소의 물/증기 순환계통에는 이온교환수지탑이 설치되어 있어 미량의 불순물은 물론 부식억제를 위해 주입하는 화학약품도 제거되므로 물/증기 순환주기마다 반복적으로 화학약품을 이온교환수지로 제거하고 외부에서 다시 주입하는 과정을 반복한다.

상기 화학약품이 과거에는 휘발성 강한 물질로 사용되어 처리도중에 대기로 방출되므로 발전소에서 배출되는 중금속 등을 간단한 물리화학적 공정으로 처리할 수 있었으나, 현재 pH 제어제로 에탄올아민이 채택되면서 COD 및 총질소 성분이 포함된 재생폐수가 다량으로 배출되어 더 이상 방류수 방출허용기준을 만족할 수 없 게 되었다.

상기 에탄올아민은 화학구조가 NH₂CH₂CH₂OH으로, 탄소, 수소, 산소, 질소로 구성되어 있어 폐수에 존재할 경우 환경배출허용기준에 규정된 생물학적산소요구량, 생화학적산소요구량 및 질소농도의 증가를 유발하는 고가의 물질로 이 에탄올아민의 처리가 시급한 실정이다.

따라서, 원자력 및 화력 발전소에서 배출되는 에탄올아민의 폐수를 환경기준이하로 처리, 방류할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 원자력 및 화력 발전소에서 배출되는 에탄올아민의 폐수를 에탄올아민이 방출되지 않도록 할 뿐만 아니라 고가의 에탄올아민을 회수하여 재이용할 수 있게 하여 산업적 이용가치를 높일 수 있는 에탄올아민 회수방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유입된 폐수를 양이온교환수지(2)가 충진된 이온교환수지탑(1)에 통과시켜, 상기 양이온교환수지(2)를 통해 에탄올아민을 포획농축한 후, 에탄올아민이 포획농축된 폐수를 증발탑(8)으로 이송하는 에탄올아민포획농축단계와;

상기 증발탑(8)으로 유입된 폐수에 60 ~ 100℃로 1차 가열하여 발생된 기체를 제올라이트가 충진된 흡착탑(6)에 통과시켜 에탄올아민을 흡착하고, 상기 에탄올아민이 제거된 증기를 대기중으로 방출하는 1차 증류단계와;

상기 1차 증류단계를 거친 폐수에 100 ~ 200℃로 2차 가열하여 발생된 증기와 에탄올아민을 냉각탑(10)으로 이송시키고, 상기 냉각탑(10)에서 10～25℃의 온도로 응축하는 2차 증류단계;를 거쳐 에탄올아민이 회수되는 에탄올아민의 회수방법을 그 주요구성으로 한다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 에탄올아민 회수과정을 그린 순서도로, 폐수는 양이온교환수지로 통과되어 에탄올아민이 포획되고, 상기 에탄올아민이 포획된 양이온교환수지에 가성소다와 공기를 주입하여 에탄올아민을 용출시켜 폐수를 농축한 후, 폐수를 증발탑으로 이송하는 에탄올아민포획농축단계(S10)와,

상기 증발탑으로 유입된 폐수를 1차 가열하여 발생된 기체를 제올라이트가 충진된 흡착탑에 통과시켜, 에탄올아민을 흡착하고, 상기 에탄올아민이 제거된 증기는 대기중으로 방출하는 1차 증류단계(S20)와,

상기 1차 증류단계를 거친 폐수를 2차 가열하여 발생된 기체를 냉각탑으로 이송시키고, 상기 냉각탑에서 응축하여 에탄올아민을 응축하는 2차 증류단계(S30)를 거쳐 처리된다.

도 2는 본 발명의 에탄올아민을 회수하는 공정의 개략도를 나타낸 것으로, 폐수가 통과되는 이온교환수지탑(1)과, 상기 이온교환수지탑(1) 내부에는 양이온교환수지(2)가 충진되고, 상기 이온교환수지탑(1)의 내부로 가성소다탱크(3)에서 유입되는 가성소다액(4)과 공기(5)를 주입함으로써, 양이온교환수지(2)의 교반이 이루어져 에탄올아민이 농축되는 에탄올아민포획농축단계와;

상기 에탄올아민이 포획농축된 폐수를 증발탑(8)으로 이송하고,상기 증발탑(8)으로 유입된 폐수를 가열장치(9)를 이용해 60 ~ 100℃로 1차 가열하여 발생된 기체를 흡착제(7)가 충진된 흡착탑(6)에 통과시켜, 에탄올아민을 흡착하고, 상기 에탄올아민이 제거된 증기는 대기중으로 방출하는 1차 증류단계와;

상기 1차 가열하여 이물질이 제거된 폐수를 100 ~ 200℃로 2차 가열하여 발생된 증기를 냉각탑(10)으로 이송시키고, 상기 냉각탑(10)에서 10～25℃의 온도로 응축하여 회수탱크(11)에서 에탄올아민을 회수하는 2차 증류단계;로 구성된다.

상기 에탄올아민포획농축단계에서는 강염기성에서 부식이 발생하지 않는 고분자 물질 또는 스텐인레스강과 같은 금속으로 구성된 이온교환수지탑(1)에 충진된 양이온교환수지(2)를 통해 폐수의 에탄올아민이 포획되는데, 상기 양이온교환수지(2)로서는 디비닐렌젠-스틸렌 공중합체를 모체로 하는 설폰산형이 사용되며, 이와 같은 양이온교환수지(2)의 이온교환 능력이 상실되면 가성소다 탱크(3)의 가성소다액(4)과, 공기(5)를 주입하여 양이온교환수지(2)를 교반한다.

또한, 에탄올아민포획농축단계는 이온교환수지탑(1)에서 재생폐수가 생산되는 과정을 의미하며, 가성소다탱크(3)의 가성소다액(4)과 공기(5)를 이온교환수지층에 통과시켜 얻어진다. 이 과정에서 초기 유입된 에탄올아민 폐수의 농도는 1/10,000～1/20,000 정도로 고농축되며 폐수의 감량화가 이루어지며 부피가 감소된다.

상기 이온교환수지탑(1)의 일측에는 에탄올아민이 대기중으로 방출되는 것을 차단하기 위하여 흡착탑(6)이 설치되고, 상기 흡착탑(6) 내부에 흡착제(7)가 충진되며, 상기 흡착제(7)로는 제올라이트가 사용되는데, 이는 상기 제올라이트는 결정구조적으로 내부에 존재하는 미세 공간에 화학물질을 물리 또는 화학적으로 결합할 수 있으므로, 공기와 함께 기체상의 물 및 에탄올아민이 통과되면서 흡착되기 때문이다.

이상과 같이 에탄올아민포획농축단계를 통과해 수거된 감량폐수는 증발탑(8)으로 이송되는데, 이 증발탑(8)은 이온교환수지탑(1)의 재생폐액을 1단계와 2단계로 증발하는 역할을 하며, 상기 증발탑(8)은 강염기성에서 부식이 발생하지 않으며, 열전달이 우수한 스테인레스강 또는 알루미늄제 재질로 구성된다.

상기 1차 증류단계는 60~100℃로 가열하며 이때 발생된 증기와 소량의 에탄올아민은 흡착탑(6)을 통과시켜 대기로 방출하는데, 상기 1차 증류단계의 온도는 60~100℃로 한다. 이는 에탄올아민이 포함된 물을 가열하면 믈과 에탄올아민이 기체로 되는데, 물의 끓는 온도가 100℃, 에탄올아민이 170℃이므로, 100℃ 까지는 물과, 극미량의 에탄올아민이 증발되기 때문이다. 따라서 상기 1차 증류단계의 온도는 60~100℃가 바람직하다.

또한, 1차 증류단계에서 증발하는 물과 에탄올아민의 기체는 증발탑(8)과 냉각탑(9)의 사이의 흡착탑(6)에 충진되어 있는 흡착제(7)로 흡착하여 에탄올아민이 대기중으로 방출되는 것을 차단하고, 상기 에탄올아민이 흡착된 흡착제(7)를 순수에 침지시켜 흡착제(7)를 재생시키는데, 상기 흡착제(7)로는 결정구조적으로 내부에 존재하는 미세 공간에 기체상의 물 및 에탄올아민을 흡착할 수 있는 제올라이트가 사용된다.

상기 2차 증류단계는 100~200℃로 가열하는데, 이는 100℃이상으로 가열하면더 이상 물은 없고 에탄올아민만 증발되기 때문이다. 이때 발생된 에탄올아민은 냉각탑(10)으로 이송되며, 증발이 끝나면 내부를 순수로 세척한다. 이러한 증발탑(8)의 내부에는 탄소로 구성되어 있으며 내부에 미세 공간이 존재하는 활성탄을 채워 재생폐액에 존재하는 유기물 및 고형물이 캐리오버되어 기상에 포함되는 것을 방지할 수 있다.

상기의 캐리오버는 휘발성이 없는 유기물 또는 무기물이 존재하는 물을 끓이면, 물은 증기로 되어 대기로 날아가고, 유기물 또는 무기물은 끓지 않으므로 물속에 남아 있어야 하나 증기 또는 거품과 함께 대기중으로 날아가는 현상을 말한다.

상기 냉각탑(10)은 증발탑(8)에서 넘어온 증기와 기체상 에탄올아민을 응축시키는 역할을 하며, 냉각온도가 10℃이하일 경우는 에탄올아민의 어는점이 10℃이므로 에탄올아민의 회수가 어려워지며, 수돗물, 지하수 및 바닷물의 어는점은 일반적으로 25℃이하이므로 상기 냉각탑(10)의 냉각온도는 10~25℃가 적당하다.

또한, 냉각탑(10)은 강염기성에서 부식이 발생하지 않으며, 열전달이 우수한 구리성분이 포함되지 않은 철 등의 금속 재질로 구성되고, 상기 냉각탑(10)의 열 제거원으로 공기, 물, 냉매를 사용할 수 있다.

이렇게 냉각탑(10)을 통하여 응축된 에탄올아민이 회수탱크(11)에 모이게 됨으로써 에탄올아민 수용액은 회수된다. 그리고, 회수된 에탄올아민 수용액은 증발탑에 주입하여 처리한다.

이상과 같이 본 발명은 에탄올아민포획농축단계와 1차 증류단계 및 2차 증류단계를 통해 에탄올아민을 함유한 폐수는 환경배출기준인 생화학적산소요구량 및 질소 함량을 만족하며 방류됨과 동시에 고가의 에탄올아민은 회수하게 된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 원자력 및 화력 발전소의 폐수에서 생화학적산소요구량 및 총질소 발생원인 에탄올아민을 발생 시점인 이온교환 수지 재생시 근본적으로 처리함으로서 기존 폐수처리장의 부하 증가를 유발하지 않을 뿐만 아니라 설비 개선의 필요성도 제거할 수 있다.

또한, 원자력 및 화력 발전소의 물/증기 순환계통에 부식 예방을 위해 계속적으로 주입하는 에탄올아민을 회수하여 재이용함으로서 발전소의 경제성을 제고할 수 있다.

Claims (4)

1. 유입된 폐수를 양이온교환수지(2)가 충진된 이온교환수지탑(1)에 통과시켜, 상기 양이온교환수지(2)를 통해 에탄올아민을 포획농축한 후, 에탄올아민이 포획농축된 폐수를 증발탑(8)으로 이송하는 에탄올아민포획농축단계(S10)와;

   상기 증발탑(8)으로 유입된 폐수에 60 ~ 100℃로 1차 가열하여 발생된 증기를 제올라이트가 충진된 흡착탑(6)에 통과시켜 에탄올아민을 흡착하고, 상기 에탄올아민이 제거된 증기를 대기중으로 방출하는 1차 증류단계(S20)와;

   상기 1차 증류단계를 거쳐 이물질이 제거된 폐수에 100 ~ 200℃로 2차 가열하여 발생된 증기를 냉각탑(10)으로 이송시키고, 상기 냉각탑(10)에서 10～25 ℃ 온도로 냉각처리하는 2차 증류단계(S30);를 거쳐 에탄올아민이 회수됨을 특징으로 하는 에탄올아민의 회수방법.
2. 제 1항에 있어서,

   에탄올아민포획농축단계(S10)는 에탄올아민을 함유한 폐수를 양이온교환수지(2)로 포획한 후, 이온교환수지탑(1)의 일측에 구비되어 있는 가성소다 탱크(3)로부터 주입되는 가성소다(4)를 이용하여 용출시켜 에탄올아민 폐수의 부피를 감소시키는 것을 특징으로 하는 에탄올아민의 회수방법.
3. 제 1항에 있어서,

   에탄올아민포획농축단계에서 기상으로 방출되는 에탄올아민은 이온교환수지탑(1) 일측에 구비된 흡착탑(6)에 충진되어 있는 제올라이트로 흡착하여 에탄올아민이 대기중으로 방출되는 것을 차단하고, 상기 에탄올아민이 흡착된 제올라이트를 순수에 침지시켜 제올라이트를 재생시키는 과정이 더 포함됨을 특징으로 하는 에탄올아민의 회수방법.
4. 제 1항에 있어서,

   증발탑(8)은 폐수에 존재하는 유기물 및 고형물이 캐리오버되어 기상에 포함되는 것을 방지하기 위해 활성탄을 충진하는 것을 특징으로 하는 에탄올아민의 회수방법.

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