KR20040106182A

KR20040106182A - 코크스공장 부생 산성가스를 이용한 티오시안산 암모늄제조장치

Info

Publication number: KR20040106182A
Application number: KR1020030038054A
Authority: KR
Inventors: 김장규; 이용국
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2004-12-17

Abstract

본 발명은 산성가스를 이용하여 티오시안산암모늄을 제조하는 장치에 관한 것으로서, 산성가스를 받아들여 냉각 및 응축시키면서 약간의 공기를 포함한 증기를 이용하여 산성가스 속의 황화수소를 산화시키는 응축기와; 산성가스 중에 포함된 시안화수소와 반응할 만큼의 유황을 생성시킬 수 있도록 상기 산성가스 중의 황화수소 산화를 위한 정량의 공기를 공급받아 산성가스 속의 황화수소를 산화시키는 산화탑과; 상기 응축기 및 산화탑에서 제공되는 용액에서 물을 증발시키면서 불순물을 침전시키는 1차 증발기와; 상기 1차 증발기에서 용액 속에 침전된 불순물을 제거하여 티오시안암모늄 용액을 통과시키는 필터와; 상기 필터를 거치면서 불순물 제거된 티오시안산암모늄 용액으로부터 물을 증발시켜 티오시안산암모늄 결정을 생성시키는 2차 증발기와; 상기 2차 증발기에서 생성된 티오시안산암모늄 결정을 분리하는 원심분리기와; 상기 원심 분리된 티오시안산암모늄 결정을 건조하는 건조기로 구성하여, 별도의 추가 정제과정이 없이도 고순도의 티오시안산 암모늄을 제조할 수 있도록 하고, 별도의 유황슬러리 제조공정을 생략할 수 있도록 하여 제조원가 절감에 기여할 수 있게 한다.

Description

코크스공장 부생 산성가스를 이용한 티오시안산 암모늄 제조장치{Apparatus for the production of ammonium thiocyanate from the coke oven by-product acid gas}

본 발명은 코크스공장 부생 산성가스로부터 티오시안산 암모늄을 제조하는공정에 관한 기술로서, 보다 상세하게는 코크스 공장 부생가스인 산성가스로부터 고농도의 티오시안산 암모늄을 제조하여 별도의 정제과정이 없이도 고순도의 티오시안산 암모늄을 제조할 수 있도록 하고, 산성가스 자체에 존재하는 황화수소를 산화시켜 유황을 생성시킴으로써 유황슬러리 제조공정을 생략할 수 있도록 하여 제조원가를 절감할 수 있게 하는 티오시안산 암모늄 제조장치에 관한 것이다.

티오시안산 암모늄은 농약, 의약품 및 염료 등의 원료로 사용되는 물질로서 본래 티오시안산 암모늄은 코크스 제조시 발생하는 코크스 가스를 연료가스로 사용하기 위해 정제하는 과정에서 코크스 제조시 코크스가스와 유황 슬러리를 접촉시켜 제조하는 공정이 존재하였다.

그러나 코크스가스 정제공정이 바뀜에 따라 코크스가스를 연료로 사용하기 위해 불순물을 제거하는 과정에서 산성가스가 부산물로서 발생하게 되었다. 상기 코크스가스 중에서 산성이면서 공해를 유발하는 황화수소 및 시안화수소를 알칼리성인 암모니아와 함께 수용액으로 흡수한 후 증류될 때 발생하는 가스로서 이 때 이산화탄소가 다량 포함되므로 대체적으로 산성을 띠게 되어 산성가스로 명명된다.

그런데 이 산성가스 중에는 암모니아, 황화수소, 시안화수소 등이 코크스가스에서 보다 고농도로 존재하게 되어 이로부터 티오시안산 암모늄을 생산할 경우 생산설비를 간단하게 할 수 있고 불순물 함량도 줄일 수가 있기 때문에 코크스가스로부터 직접 티오시안산 암모늄을 생산하는 공정은 사라지고 산성가스로부터 생산하는 공정으로 대체되었다.

상기 산성가스로부터 티오시안산 암모늄을 생산하는 종래의 공정을 도 1을참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

코크스가스로부터 황화수소, 암모니아, 시안화수소 등 수용성 물질을 포집한 수용액은 증류탑(도면에는 미도시됨)에서 처리되고 증류탑에서 발생하는 산성가스는 클라우스 공정에서 처리되며, 도 1에서 나타나는 산성가스(AG1)는 클라우스(clause) 공정 전에서 뽑아쓰고 미반응의 여분 가스(AG2)는 본래 배관으로 돌려보내 클라우스 공정에서 처리되도록 한다.

종래 티오시안산 암모늄을 생산하는 공정은 도 1에 도시된 바와 같이, 산성가스(AG1)와 반응시키기 위한 유황 슬러리(2a)를 제조하기 위하여 물(3)에 분말 유황(2)을 혼합한다. 여기서 제조된 유황 슬러리(2a)는 1차 반응기(4)에서 산성가스(AG1)와 1차 접촉하고 2차 반응기(5)에서 2차 접촉하게 된다. 상기 유황 슬러리(2a)의 공급량은 2차 반응기(5)에서 최종적으로 유황이 완전히 소비될 양 만큼만 공급이 되어야 하며, 만일 유황 고체가 남아 있으면 증발기(6)에서 고착되어 막힘현상을 유발하게 된다. 이때 2차 반응기(5)에서 배출되는 용액의 농도는 20% 전후가 된다.

한편, 상기 증발기(6)에서는 수분을 증발시켜 농축시키며 최종 배출되는 농축 암모늄 티오시아네이트(7) 용액은 50%가 된다. 상기 농축 암모늄 티오시아네이트(7)는 추가 정제과정을 거치게 되며 이 과정에서 용액형태나 결정상태로 상품화되어 판매된다.

그러나, 이러한 종래의 제조공정에서는 반응기의 농축기능이 없기 때문에 높은 농도의 용액을 얻을 수 없고, 또한 산성가스 중의 불순물을 걸러줄 수 있는 기능이 없기 때문에 따라서 상대적으로 불순물이 함량이 높은 용액이 얻어지며 복잡한 2차 정제과정을 거친 후에야 제품화될 수 있는 단점이 내재하고 있다.

또한 상기 종래의 제조공정에서는 유황 슬러리를 반응기에 따로 공급해 주어야 하기 때문에 다루기 힘든 유황 슬러리 제조공정이 필요하게 되는 문제점이 있으며, 이 공정에서의 또 다른 문제점은 산성가스와 함께 혼입되는 타르로 인하여 반응기들에 대한 타르 제거 청소작업이 필요하다는 것이다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 고농도의 티오시안산암모늄 용액을 제조하여 별도의 추가 정제과정이 없이도 고순도의 티오시안산 암모늄을 제조할 수 있도록 하고, 산성가스 자체에 존재하는 황화수소를 산화시켜 유황을 생성시킴으로써 별도의 유황슬러리 제조공정을 생략할 수 있도록 하여 제조원가를 절감할 수 있게 하는 티오시안산암모늄 제조장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 산성가스로부터의 티오시안산 암모늄 제조공정을 나타낸 개념도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 산성가스로부터의 티오시안산 암모늄 제조공정을 나타낸 개념도

11 : 산성가스 12 : 응축기

13 : 산화탑 14 : 1차 증발기

15 : 필터 16 : 2차 증발기

17 : 원심분리기 18 : 건조기

19a,19b : 공기 21 : 분해로

22a,22b : 증기

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 산성가스를 받아들여 냉각 및 응축시키면서 약간의 공기를 포함한 증기를 이용하여 산성가스 속의 황화수소를 산화시키는 응축기와; 산성가스 중에 포함된 시안화수소와 반응할 만큼의 유황을 생성시킬 수 있도록 상기 산성가스 중의 황화수소 산화를 위한 정량의 공기를 공급받아 산성가스 속의 황화수소를 산화시키는 산화탑과; 상기 응축기 및 산화탑에서 제공되는 용액에서 물을 증발시키면서 불순물을 침전시키는 1차 증발기와; 상기 1차 증발기에서 용액 속에 침전된 불순물을 제거하여 티오시안암모늄 용액을 통과시키는 필터와; 상기 필터를 거치면서 불순물 제거된 티오시안산암모늄 용액으로부터 물을 증발시켜 티오시안산암모늄 결정을 생성시키는 2차 증발기와; 상기 2차 증발기에서 생성된 티오시안산암모늄 결정을 분리하는 원심분리기와; 상기 원심 분리된 티오시안산암모늄 결정을 건조하는 건조기로 구성된 산성가스를 이용한 티오시안산암모늄 제조장치를 제공한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 산성가스를 이용한 티오시안산암모늄 제조장치의 개념도로서, 본 발명에 의한 티오시안산암모늄 제조장치는 산성가스(11)를 받아들여 냉각시키면서 응축시키는 응축기(12)와, 공기(19)를 이용하여 황화수소를 산화시키는 산화탑(13)과, 용액에서 물을 증발시키면서 불순물을 침전시키는 1차 증발기(14)와, 1차 증발기의 용액에서 침전된 불순물을 제거하는 필터(15)와, 상기 필터에서 여과된 용액으로부터 티오시안산 암모늄 결정을 생성시키는 2차 증발기(16)와, 2차 증발기에서 생성된 결정을 분리하는 원심분리기(17)와, 원심 분리된 결정을 건조하는 건조기(18)로 이루어져 있다.

한편, 상기 산화탑에 공급되는 공기(19b)는 산성가스 중에 포함된 시안화수소와 반응할 만큼의 황을 생성시킬 수 있도록 황화수소를 산화시킬 양을 공급하게 되며, 여기서는 황화수소가 모두 흡수되어 산화탑을 빠져나가지 못하도록 되어있다. 따라서 상기 산화탑을 빠져나가는 가스는 황화수소가 전혀 포함되지 않게 되어 있기 때문에 분해로(21)에서 분해되는 가스에는 공해성분이 전혀 포함되지 않게 되어 대기 중에 그대로 방출시킬 수 있게 된다. 또한 상기 산화탑에 공급되는 공기에 의해서 산화되지 않고 남아 있는 황화수소는 1차 증발기(14)에서 약간의 물을 증발시키면서 공기(19a)를 공급하여 산화시켜 유황 고체가 생성되도록 하고, 유황은 필터(15)에서 걸러지도록 한다. 1차 증발기(14)에서는 공기가 공급되며 여기서 발생하는 약간의 공기를 포함한 증기(22a)는 산성가스(11)에 합해져서 응축기(12)에 공급되도록 함으로써 응축기(12)에서도 황화수소의 산화가 동시에 이루어지게 되며, 산성가스(11) 중의 황화수소의 산화 효율을 높임과 동시에 흡수효율을 올릴 수 있게 된다. 여기서 상기 황화수소의 흡수효율을 올리기 위하여는 산화탑(13)에 공급되는 공기(19b)와 2차 증발기(6)로부터의 증기(22b)와 함께 공급되는 공기를 합하여 시안화수소와 반응하고 약간의 여분의 유황이 발생할 만큼의 과잉 공기가 공급되어야 한다. 그러나 이때는 너무 많은 고체 유황이 응축기(12)와 산화탑(13)에 존재하게 되면 배관 막힘 등의 원인이 되기 때문에 너무 많은 과잉 공기가 공급되지 않도록 해야 한다.

한편, 상기 1차 증발기(14)에서는 약간의 티오시안산암모늄이 침전될 정도로 농축을 시키게 되며 티오시안산 암모늄은 물에 용해도가 매우 높고 나머지 불순물은 티오시안산 암모늄보다 용해도가 낮기 때문에 대부분의 불순물이 여기서 침전되고 그 용액이 다음단의 필터(15)를 거치게 되면 순도가 매우 높은 티오시안산 암모늄 용액이 얻어지게 된다.

이 용액은 2차 증발기(16)에서 물을 증발시켜 결정을 생성시키고, 그 생성된 결정은 원심분리기(17)에서 분리한 후 건조기(18)에서 건조하여 제품으로 만든다.

이때 상기 원심분리기(17)의 폐액은 1차 증발기(14)로 다시 순환시켜 상기와 같은 원리에 의해 다시 처리한다.

한편, 상기 필터(15)에서 걸러지는 고상 물질은 유황이 주성분이며 유황은 또 다른 제품으로 출하된다.

<실시예>

NH₃35%, H₂S 9%, HCN 2%, CO₂28%, H₂O 48%를 함유하는 산성가스를 이용해 냉각 및 응축시키는 응축기(12)와, 공기(19b)를 이용하여 황화수소를 산화시키는 산화탑(13)과, 용액에서 물을 증발시키면서 불순물을 침전시키는 1차 증발기(14)와, 1차 증발기에서 발생한 침전물을 제거하는 필터(15)와, 용액으로부터 티오시안산 암모늄 결정을 생성시키는 2차 증발기(16)와, 2차 증발기에서 생성된 결정을 분리하는 원심분리기(17)와, 분리된 결정을 건조하는 건조기(18)로 이루어져 있는 장치에서 티오시안산 암모늄을 생산하였다. 산성가스 처리용량은 1500L/h 이었으며 티오시안산 암모늄(NH₄SCN)의 생산량은 100kg/h이었고, 이때 생산된 티오시안산 암모늄(NH₄SCN)의 순도는 95%를 얻을 수 있었다.

이상의 본 발명에 따른 처리 공정에 의하면, 자체 산화처리 설비가 있어 황화수소를 산화처리하기 때문에 황화수소 처리 및 티오시안산 암모늄 생산의 두가지 기능을 동시에 수행할 수 있으며, 기존의 클라우스 공정을 대체하여 사용할 때 막대한 경제적인 효과를 기대할 수 있게 된다.

또한 산화탑에서 발생하는 가스의 주성분은 이산화탄소와 암모니아이며 분해로에서 분해하여 대기중으로 배출시킬 때 전혀 공해물질을 발생시키지 않으므로 환경문제를 유발하지 않게 되며, 뿐만 아니라 여기서 발생되는 열을 이용해 에너지원으로 이용할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 기존의 클라우스 공정에서는 75[℃] 이상의 증기를 처리하기 때문에 다량의 수증기가 함유되어 있어 용량이 이에 해당하는 만큼의 용량을 여분으로 필요로 하지만 본 발명에 의한 처리공정에서는 가스의 온도를 상온까지 낮출 수 있기 때문에 수증기의 함유량이 적어 분해로의 크기도 클라우스 공정의 것보다 더 작게 만들 수 있다는 잇점이 있다.

Claims

산성가스를 받아들여 냉각 및 응축시키면서 약간의 공기를 포함한 증기를 이용하여 산성가스 속의 황화수소를 산화시키는 응축기(12)와;

산성가스 중에 포함된 시안화수소와 반응할 만큼의 유황을 생성시킬 수 있도록 상기 산성가스 중의 황화수소 산화를 위한 정량의 공기를 공급받아 산성가스 속의 황화수소를 산화시키는 산화탑(13)과;

상기 응축기 및 산화탑에서 제공되는 용액에서 물을 증발시키면서 불순물을 침전시키는 1차 증발기(14)와;

상기 1차 증발기에서 용액 속에 침전된 불순물을 제거하여 티오시안암모늄 용액을 통과시키는 필터(15)와;

상기 필터를 거치면서 불순물 제거된 티오시안산암모늄 용액으로부터 물을 증발시켜 티오시안산암모늄 결정을 생성시키는 2차 증발기(16)와;

상기 2차 증발기에서 생성된 티오시안산암모늄 결정을 분리하는 원심분리기(17)와;

상기 원심 분리된 티오시안산암모늄 결정을 건조하는 건조기(18)로 구성된 것을 특징으로 하는 산성가스를 이용한 티오시안산암모늄 제조장치.