산회수 설비에서 열효율 향상방법{INCREASING METHOD OF ENERGY EFFICIENCY IN WASTE ACID RECOVERY FACILITIES}

도 1은 종래 기술에 따른 분무배소방식의 산회수 설비를 보인 개념적인 모식도,

도 2는 본 발명에 따른 열효율 향상방법을 설명하기 위한 산회수설비의 일부를 보인 모식도.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

10....분무배소기 12....버너

14....산화금속배출관 20....사이클론

30....벤츄리세정기 100....폐산용액공급관

110....폐산용액공급연결관 200....제1열교환기

300....제2열교환기

본 발명은 산회수 설비에서 열효율 향상방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산회수 공정에서 분무 배소기의 벽면 열손실과 산화금속 입자의 현열손실을 감 소시키고 폐산용액의 초기 예열을 유도하여 전체 공정의 열효율을 향상시킬 수 있도록 한 산회수 설비에서 열효율 향상방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제철공정이나 비철금속 공정에는 철, 니켈, 마그네슘 등의 금속표면에 부착된 산화층을 제거하기 위해 산(acid)으로 그 표면을 세척하는 산세공정이 포함된다.

이때, 산세공정에서 발생되는 폐산용액(waste acid solution)을 재처리하여 산화금속과 산을 분리한 후 각각 회수하여 재활용할 수 있도록 하기 위해 산회수 설비가 부설된다.

예컨대, 대표적인 산회수 설비는 산화금속을 분리 회수하여 처리하기 위해 열가수분해로, 사이클론, 벤츄리세정기로 이루어진 금속처리설비와; 가스내에 함유되어 있는 산을 분리 농축하여 회수하기 위해 흡수탑과 세정탑으로 이루어진 산처리설비로 구성된다.

여기에서, 상기 금속처리설비는 열가수분해로의 형태에 따라 분무형과 유동형으로 나누어지게 되며, 도 1은 분무형을 예시하고 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같은 분무형 금속처리설비는 분무배소기(10)와, 그 인접측에 설치되고 분무배소기(10)의 상단과 관에 의해 연결되고 그 하단은 상기 분무배소기(10)의 중간부분과 관에 의해 연결된 사이클론(20)과, 상기 사이클론(20)의 상단과 관에 의해 연결되고 그 하단측에는 상기 분무배소기의 상단과 관에 의해 연결된 벤츄리세정기(30)로 구성된다.

그리하여, 벤츄리세정기(30)로 공급된 폐산용액(대략 30~50℃로 유지가 바람 직)은 사이클론(20)을 통해 공급되는 사이클론가스의 온도에 의해 물이 증발되어 농축되며, 농축된 폐산용액은 분무배소기(10)로 공급되게 되고(대략 90℃까지 가열), 분무배소기(10)의 하단 외주면을 따라 다수 설치된 버너(12)에 의해 가열되면서 폐산용액은 산화금속입자와 산증기 및 수증기로 분리되어 산화금속입자는 자중에 의해 분무배소기(10)의 하단으로 모이게 되고, 산증기 및 수증기는 연소가스와 혼합된 채 사이클론(20)으로 이동된 후 그 속에 포함된 미세한 산화금속이 다시 분리 회수되게 되며, 그 나머지로 구성된 사이클론가스는 벤츄리세정기(30)로 공급되어 폐산용액의 농축에 사용된 후 산처리설비인 흡수탑, 세정탑을 거쳐 회수되게 된다.

그런데, 상기 분무배소기(10)의 경우 버너(12) 상측에서는 농축된 폐산용액의 빠른 입계화를 위해 고온으로 유지시킬 필요가 있지만 입계화가 종결된 분무배소기(10)의 하단, 즉 버너(12) 하부에서는 고온조건이 필요치 않아 외부공기를 도입하여 냉각시키게 된다.

따라서, 분무배소기(10) 내부 내벽면에서의 열손실이 크고, 산화금속의 현열이 그대로 손실되어버리는 단점이 있었다.

뿐만 아니라, 벤츄리세정기(30)로 공급된 대략 20~30℃의 폐산용액을 90℃부근까지 가열하여 농축유지시키기 위해서는 사이클론(20)을 통한 가스공급량이 증대되어야 하거나 혹은 사이클론가스가 높은 열량을 가져야 하므로 에너지 소비가 급증되는 단점도 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 손실되어 버리는 산화금속의 현열을 이용하여 폐산용액의 초기 예열에 활용될 수 있도록 함으로써 분무배소기의 내벽면에서의 열손실을 줄이고 현열손실을 감소시켜 전체 산회수 공정의 열효율을 현저히 향상시킬 수 있도록 한 산회수 설비에서 열효율 향상방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 폐산용액이 공급된 후 농축되는 벤츄리세정기와; 농축된 폐산용액을 고온 가열하여 산화금속입자, 산증기, 수증기로 분리하는 분무배소기와; 분무배소기의 배출가스를 수집하여 그에 포함된 산화금속입자를 포집하는 사이클론을 포함하는 산회수 설비에서; 상기 폐산용액을 공급할 때에 상기 분무배소기를 통해 배출되는 산화금속입자가 갖는 고온과 상기 폐산용액을 열교환시켜 30~50℃로 예열공급하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 열효율 향상방법을 설명하기 위한 산회수설비의 일부를 보인 모식도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 분무배소기(10)와 사이클론(20) 및 벤츄리세정기(30)는 기존과 동일하게 구비된다.

그리고, 분무배소기(10)의 상단과 사이클론(20)이 서로 연결배관되어 있고, 또한 상기 사이클론(20)의 상단과 벤츄리세정기(30)의 상단이 서로 연결배관되어 있으며, 사이클론(20)의 하단과 분무배소기(10)의 중단과 연결배관되어 있고, 벤츄리세정기(30)의 하측과 분무배소기(10)의 상측이 서로 연결배관되어 있는 구성도 동일하다.

다만, 본 발명에서는 분무배소기(10)의 하단에 연결된 산화금속배출관(14)에 제1열교환기(200)를 부설하고, 이 제1열교환기(200)를 거치도록 폐산용액공급관(100)이 배관되어 있으며, 또한 상기 분무배소기(10)의 하측 외주면에 제2열교환기(300)를 부설하여 상기 폐산용액공급관(100)이 이 제2열교환기(300)를 거친 후 폐산용액공급연결관(110)을 통해 벤츄리세정기(30)와 연결되도록 구성된 것이다.

즉, 본 발명에서는 폐산용액이 곧바로 직접 벤츄리세정기(30)로 공급되도록 연결배관되지 아니하고, 분무배소기(10)에서 발생된 현열과 열교환되면서 일정온도까지 예열된 후 벤츄리세정기(30)로 공급되도록 구성된 것이다.

그러면, 본 발명에 따른 열효율 향상방법을 폐산용액의 처리과정에 따라 설명하기로 한다.

먼저, 버너(12)에 의해 분무배소기(10) 내부로 공급된 연료와 공기가 연소되면서 상기 분무배소기(10) 내부는 고온의 연소가스로 가득차게 된다.

이에 따라, 농축된 폐산용액은 산화금속입자와 산증기 및 수증기로 분리되게 되며, 산화금속입자는 자중에 의해 분무배소기(10)의 하부로 모이게 되고, 산증기와 수증기는 연소가스와 혼합되어 대략 450℃인 배소가스로 분무배소기(10)의 상단을 통해 배출되게 된다.

분무배소기(10)의 하부로 모인 산화금속입자는 산화금속배출관(14)을 통해 배출된 후 회수되어 재활용하게 된다.

이때, 상기 산화금속입자는 산화금속배출관(14)을 통과할 때에도 상당히 높은 온도를 여전히 유지하고 있으므로 이 산화금속입자가 제1열교환기(200)를 거치면서 폐산용액과 열교환하게 된다.

즉, 상기 제1열교환기(200)는 쉘-튜브형(shell-tube type)으로서 산화금속배출관(14)의 외주면에 이를 감싸는 형태로 부착되고, 상기 제1열교환기(200)를 관통하여 폐산용액공급관(100)이 배관되며, 이들 사이에는 열전도도가 우수한 물질이 포함되어 있어 산화금속입자에 포함되어 있던 고온의 열이 상대적으로 차가운 폐산용액공급관(100)에 있는 폐산용액으로 전도되면서 상기 폐산용액이 1차 예열되게 된다.

이어, 상기 폐산용액은 분무배소기(10)의 하단 외주면에 마련된 제2열교환기(300)를 통과하면서 대략 30~50℃까지 2차 예열되게 되며, 이 상태에서 폐산용액공급연결관(110)을 타고 벤츄리세정기(30)로 장입되게 된다.

여기에서, 상기 제2열교환기(300)는 상기 제1열교환기(200)와는 달리 분무배소기(10)의 내화물 내부에 배치되고, 그 배치된 내부로 폐산용액공급관(100)이 내장된 형태로 배관되는 구조를 갖는다.

결국, 벤츄리세정기(30)로 장입된 폐산용액은 산화금속입자의 현열에 의해 이미 30~50℃까지 예열되어 있는 상태이므로 80~90℃까지 농축시킬 때에 많은 열이 필요치 않게 되어 에너지 절감을 꾀할 수 있게 된다.

농축된 폐산용액은 분무배소기(10)로 공급되어 상술한 과정을 거치게 된다.

한편, 분무배소기(10)의 상단을 통해 배출된 배소가스는 그 내부에 미세 산화금속입자가 다량 함유되어 있으므로 이를 포집하기 위해 사이클론(20)으로 공급되게 된다.

공급된 배소가스는 사이클론 작용을 통해 미세 산화금속과 가스로 분리되게 되고, 분리된 산화금속은 다시 분무배소기(10)로 재장입되게 되며, 상기 작용을 통해 발생된 사이클론가스는 다시 벤츄리세정기(30)로 장입되게 된다.

벤츄리세정기(30)에서는 산화금속입자를 완전히 포집함은 물론 유입된 폐산용액을 가열하여 물은 증기화시키고, 메탈클로라이드(metal chloride)는 산과의 추가반응을 통해 더욱 더 농축되게 된다.

이때, 메탈클로라이드의 농축이 과도하게 되면 입계화가 진행되므로 정해진 범위 내로 유지시킴이 바람직하다. 이를 위한 폐산용액의 온도는 80~90℃로 유지시킴이 바람직하다.

이후, 벤츄리세정기(30)를 빠져나온 가스는 흡수탑과 세정탑 등의 산처리설비를 통해 처리되게 된다.

따라서, 상기 제1,2열교환기(200,300)에 의해 공급될 폐산용액은 미리 일정수준의 온도까지 예열된 상태를 유지하게 되므로 목표로 하는 온도까지 강제 상승시킬 때 용이하고, 나아가 분무배소기(10)의 하단 외주면에 부착될 제2열교환기(300)는 자연스럽게 분무배소기(10)의 하단을 냉각시키는 효과(열교환 때문에)도 가지게 된다.

마지막으로, 폐산용액은 부식성이 강하므로 폐산용액과 접촉되는 모든 배관 은 비금속 재질로 된 배관을 사용하거나 코팅하여 실시할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 열교환기를 통해 버려지는 열을 이용하여 폐산용액을 예열시킬 수 있어 경제성이 우수하고, 분무배소기의 하단을 자연스럽게 냉각시킬 수 있고, 나아가 폐산용액을 가열키 위한 벤츄리세정기의 세정가스의 사용도 줄일 수 있음은 물론 이것을 위한 사이클론가스를 고온으로 유지시키지 않아도 되므로 에너지 절감을 꾀할 수 있다.