상기의 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
a) 추출기(3)로부터 추출된 방향족산 잔류 폐기물과 물 또는 초산수용액의 혼합 슬러리를 다단계의 [도면 제1도의 제 1 고액분리여과기(5) 및 제 2 고액분리 여과기(8)] 여과기 또는 1단계의 [도면 제1도의 제 2 고액분리여과기(8)] 여과기 에 통과시켜, 촉매를 포함한 제 1 여과액과 벤조산과 상기 벤조산 이외의 방향족산을 포함하는 고상케이크(Cake)로 분리하는 단계
b) 상기 제 1 여과액(6 및 9)을 기화조(10)로 피드하고 촉매를 농축하여 용액상으로 촉매를 회수하며, 분리된 상기 고상케이크를 물(15)과 함께 제 3 고액분리여과기(18)에 피드 후 상기 고상케이크를 분리한 다음 물로 세척(Washing)하고, 세척된 고상케이크를 용해조(21)에 투입하는 단계
c) 상기 용해조(21)에 투입된 상기 고상케이크에 물을 가하고 가열하여 벤조산을 용해한 다음, 제 4 고액분리 여과기로부터 벤조산 이외의 방향족산과 액상의 벤조산을 포함하는 제 2 여과액으로 분리하는 단계 및
d) 상기 제 2 여과액을 냉각하여 벤조산을 결정화하는 단계
를 포함하는 방향족산 폐기물로부터 촉매, 벤조산 및 벤조산 이외의 방향족산을 회수하는 방법을 제공한다.
본 발명을 이해하기 쉽도록 본발명의 공정흐름도인 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
방향족산 제조공정에서 발생하는 잔류 폐기물(1)과 용매(2)를 추출기(3)에 투입하여, 잔류 폐기물에 포함되어 있는 코발트(Co), 망간(Mn) 및 취소(Br) 이온을 용매로 추출한다. 상기 용매(2)로는 공정수(Process Water) 또는 초산수용액을 사용하는 것이 좋다. 상기 잔류 폐기물(1)과 함께 추출기에 투입하는 용매의 양은 물 일 경우 잔류 폐기물(1) 100중량부에 대하여 100~400중량부로 사용하고, 초산 수용액일 경우 잔류 폐기물(1) 100중량부에 대하여 150~450중량부로 사용하는 것이 좋다. 상기 용매를 잔류 폐기물(1) 100중량부에 대하여 물일 경우 400중량부, 초산 수용액일 경우 450중량부 이상으로 사용하면 기화조(10)에서 용매를 기화시키는 시간이 길어져 소모되는 열량과 시간에 의한 생산가 상승을 초래하고, 잔류 폐기물(1) 100중량부에 대하여 물일 경우 100중량부, 초산 수용액일 경우 150중량부 이하로 사용하면 잔류폐기물(1)에서 촉매의 추출율이 떨어져 촉매의 수율이 감소한다. 또한 상기 추출기(3)에서 촉매를 추출하는 적정조건은 추출온도를 25~60℃, 교반기를 30~105 rpm으로 0.3~1.5 시간 동안 추출하는 것이 효과적인 촉매의 추출을 위하여 좋다.
추출기(3)에서 혼합된 잔류 폐기물(1)과 용매(2)의 슬러리는 다단계의 여과기 또는 1단계의 여과기를 거쳐 촉매와 고상 케이크로 분리하는데, 다단계의 여과기를 사용하는 경우에는 추출기(3)에서 혼합된 잔류 폐기물(1)과 용매(2)의 슬러리를 하부에 위치한 펌프를 이용하여 슬러리를 배관(4)와 제 1 고액분리 여과기(5)를 통해 여과시켜 촉매를 포함한 제 1 여과액(6)과 벤조산과 상기 벤조산 이외의 방향족산을 포함하는 농축된 슬러리로 분리한 후 촉매를 포함한 제 1 여과액(6)은 기화조(10)로 이송하고 벤조산과 상기 벤조산 이외의 방향족산을 포함하는 농축된 슬러리는 추출기(3)로 순환 시킨다. 제 1 고액분리 여과기(5)를 통과하면서 농축된 슬러리의 일부는 배관(7)을 통해 제 2 고액분리 여과기(8)에 투입되어 고체와 액체를 분리한다. 상기 제 2 고액분리 여과기(8)에서 분리된 제 1 여과액(9)은 배관을 통 해 기화조(10)로 보내지고, 고상 케이크는 공정수(15)와 함께 저장조 1(16)로 보내진다. 상기 제 2 고액분리 여과기(8)에 투입되는 공정수(15)의 양은 고상 케이크 100중량부에 대하여 공정수(15)를 100~300중량부로 사용하는 것이 벤조산 및 벤조산 이외의 방향족산의 순도와 회수율을 높이는데 좋다.
추출기(3)에서 혼합된 잔류 폐기물(1)과 용매(2)의 슬러리를 1단계의 여과기로 분리하는 경우에는 추출기(3)에서 혼합된 잔류 폐기물(1)과 용매(2)의 슬러리를 하부에 위치한 펌프를 이용하여 제 2 고액분리 여과기(8)에 피드한 후 촉매를 포함한 제 1 여과액(9)과 벤조산과 상기 벤조산 이외의 방향족산을 포함하는 고상케이크로 분리하고, 분리한 제 1 여과액(9)은 배관을 통해 기화조(10)로 보내지고, 고상케이크는 공정수(15)와 함께 저장조 1(16)로 보내진다.
상기 기화조(10)의역할은 공정수를 용매(2)로 사용할 경우, 회수된 촉매(14)와 함께 다량의 물이 방향족 알킬 화합물의 산화반응기(도시되지 않음)로 재순환 되는 것을 방지하기 위하여 물을 증발시키는 것이다. 농축된 촉매(14)는 산화반응기로 재순환하여 재활용한다. 기화된 수증기는 응축기(11)에서 액화되어 폐수처리장으로 보낸다. 기화조(10)의 적정 온도는 물을 증발시키기에 적당한 온도인 90~120℃이고, 가열기(13)를 이용하여 온도를 조절한다. 초산수용액을 용매(2)로 사용할 경우, 기화조(10)는 가열기(13) 및 응축기(11)의 사용 없이, 저장조 역할만 수행한다.
상기 저장조 1(16)의 슬러리는 배관(17)을 통해 제 3 고액분리 여과기(18)에 투입되어 제 2 고액분리 여과기(8)와 같은 방법으로 고.액 분리를 한다. 제 3 고액 분리 여과기(18)에서 분리한 모액(filtrate)은 배관(20)을 통해 추출기(3)로 재순환하고, 분리된 고상 케이크는 공정수와 함께 고체 슬러리를 만들어 배관(19)를 통해 용해조(21)로 보낸다. 상기 고체 슬러리를 만들 때 사용되는 공정수는 제 3 고액분리 여과기(18)에서 분리한 고상 케이크 100중량부에 대하여 공정수를 250~600중량부로 사용하는 것이 좋다. 고상 케이크 100중량부에 대하여 공정수를 600중량부 이상으로 사용하면 용해조(21)의 가열시 소모되는 열량의 증가와 후속 공정에 필요한 장치의 크기가 증가하여 경제적이지 못하고, 고상 케이크 100중량부에 대하여 공정수를 250중량부 이하로 사용하면 벤조산을 모두 용해하기 위해 용해조 온도를 올려야 하고, 온도가 올라가면 벤조산 이외의 방향족산이 동시에 용해되어, 벤조산의 순도가 떨어지고, 또한 벤조산 이외의 방향족산의 수율을 저하시키는 원인이 된다. 따라서 고상 케이크 100중량부에 대하여 공정수를 250~600중량부로 사용하는 것이 액상의 벤조산과 고상인 기타 방향족산을 분리하기에 보다 바람직하다.
이후 상기 용해조(21)의 온도를 가열기(22)로 높여, 벤조산을 용해시킨다. 그런 다음, 슬러리를 배관(23)을 통해 제 4 고액분리 여과기(24)에 투입하여 제 2 고액분리 여과기(8)와 같은 방법으로 고.액 분리를 한다. 벤조산 수용액이 주성분인 제 2 여과액(31)은 배관을 통해 결정조(32)로 이송하고, 고체 슬러리는 배관(25)를 통해 저장조 2(27)로 보낸다. 저장조 2(27)의 내용물은 벤조산 이외의 방향족산과 물이 주성분으로 방향족산 제조 공정으로 보내 재활용하거나, 폴리올 수지 원료로 활용한다.
상기 용해조(21)의적정 온도는 70~120℃이고, 가열기(22)를 이용하여 온도를 조절한다. 용해조(21)의 온도가 120℃ 이상이면, 방향족산의 수율과 벤조산의 순도가 떨어지고, 온도가 70℃ 이하이면 벤조산의 순도는 높아지나 벤조산의 수율이 저하된다.
상기 결정조(32)로이송한 벤조산 수용액은 냉각기(34)를 이용하여 온도를 10~60℃로 낮춰 벤조산을 결정화한다. 결정조(32)의 온도가 60℃ 이상이면 벤조산이 완전히 결정화 되지 않아 벤조산의 수율이 떨어지고, 결정조(32)의 온도가 10℃ 이하이면 투자비 및 운전비용이 증가하여 바람직하지 않다.
이후 벤조산 슬러리를 배관(35)을 통해 제 5 고액분리 여과기(40)에 투입하여 제 2 고액분리 여과기(8)와 같은 방법으로 고.액 분리를 한다. 물이 주성분인 모액은 폐수처리장으로 보내고, 고체 벤조산은 배관(37)을 통해 건조기(38)로 보내 벤조산의 순도와 수율을 높이기에 효과적인 조건인 60~120℃, 진공압 20~130kPa에서 0.5~2.0 시간 동안 수분을 증발시킨다. 건조된 벤조산은 배관(39)를 통해 포장한다.
본 발명에 사용되는 고액분리 여과기는 통상적인 고액분리 여과기 또는 원심분리기를 사용할 수 있으나, 보다 용이한 운전 및 보수를 위하여 관상필터(tubular filter) 유형의 고액분리 여과기를 사용하는 것이 좋다. 상기 관상필터는 스테인레스 스틸 및 티탄 등 금속 재질로 이루어지고, 필터의 다공 사이즈가 0.5~20㎛인 관상필터를 사용하는 것이 좋다. 관상필터의 사이즈가20㎛ 이상인 관상필터는 다공사이즈가 너무 커서 고상의 여과물중 일부가 여과되지 않고 액상과 함께 다음단계로 진입할 수 있고, 사이즈가 0.5㎛ 이하인 관상필터는 고상의 여과물이 다공을 막아 필터가 쉽게 막히거나 여과시간이 길어져 공정의 효율성을 떨어뜨릴 수 있다. 또한 상기 관상필터를 사용하는 고액분리 여과기는 스테인레스 스틸 및 티탄 등 소결된 금속(sintered metal)으로만든 고액분리 여과기인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 회수방법으로 잔류 폐기물로부터 회수한 촉매와 벤조산 이외의 방향족산의 회수율은 약 90~99.5%이고, 벤조산의 회수율은 약 80~95% 이다.
본 발명에 따른 잔류 폐기물로부터 촉매, 벤조산 및 벤조산 이외의 방향족산을 회수하는 방법은 방향족산 제조공정에서 발생하는 폐기물로부터 촉매, 벤조산 및 벤조산 이외의 방향족산을 동시에 회수할 수 있으며, 기존의 벤조산 회수 기술로는 산업화가 불가능했던 제반 경제적 및 기술적 문제점을 해결할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 잔류 폐기물로부터 촉매, 벤조산 및 벤조산 이외의 방향족산을 회수하는 방법을 테레프탈산, 이소프탈산, 트리멜리트산 등 방향족산을 생산하는 공장에 적용하면, 고가인 촉매, 벤조산 및 방향족산을 회수함으로서 경제성을 높이는 효과를 기대할 수 있으며, 자원 회수 및 재활용에 의한 이익만 계산해도 한국의 경우 년간 약 1,200억원, 세계적으로는 년간 약 6,600억원의 경제적 효과가 있다.
더불어 폐수처리 비용 절감액도 상당할 것이며, 더욱 중요한 것은 환경 오염을 원천적으로 최소화하는데 그 효과가 있다.